發(fā)布時間：2020-06-21 11:56

【摘要】：黑磷是一種新型二維材料,由于其獨特的光學和電學性質,在近幾年受到了廣泛的關注。從2014年至今,在光電子領域,黑磷已經(jīng)被成功地應用于光電探測器、光電池、場效應晶體管和傳感器等器件中。在生物醫(yī)學領域,由于黑磷具有高度生物兼容性,可用于癌癥的光熱治療、光動力治療、光聲成像以及載藥等�；诖吮尘�,本文研究了:1.特定尺寸的黑磷納米顆粒(Black Phosphorus Nano-particles,BPNPs)的制備方法及其表征。本文利用改良的液相剝離法制備出了橫向尺寸約為35±5 nm,縱向尺寸約為6±1.5 nm的BPNPs,并用透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)及拉曼光譜對其進行了表征。2.BPNPs表面包裹介孔二氧化硅的方法。本文首次提出了一種在BPNPs表面均勻包裹一層厚度為8-11 nm的介孔二氧化硅(BPNPs@mSiO_2)的方法。用介孔二氧化硅包裹BPNPs有三大作用:提高BPNPs的分散性,防止納米顆粒團聚在一起;保護BPNPs,減緩其被氧化的速度;延長BPNPs的光致發(fā)光壽命。3.BPNPs和BPNPs@mSiO_2的生物毒性及細胞內穩(wěn)定性。此研究利用MTS方法,測試了不同濃度梯度的BPNPs和BPNPs@m SiO_2在不同時間段對不同細胞生存率造成的影響。實驗結果說明BPNPs和BPNPs@m SiO_2在50 g/m L的劑量范圍內無明顯細胞毒性。通過拉曼成像,測定了細胞內BPNPs的拉曼光譜,并與純材料的拉曼光譜進行了比較,證明了BPNPs在細胞內的穩(wěn)定性。4.BPNPs和BPNPs@mSiO_2的光致發(fā)光(Photoluminescence,PL)性能。本文制備出的特定尺寸的BPNPs和BPNPs@m SiO_2在532 nm激光輻照下,可以產(chǎn)生較強的PL發(fā)射,峰值在690 nm,對應能帶為1.8 e V。這一特殊的PL發(fā)射峰值是由材料的橫向尺寸和厚度決定的,在文獻中未見報道。利用此PL性能,我們對細胞進行了成像研究,發(fā)現(xiàn)制備的BPNPs可以很好地用于細胞成像。5.BPNPs和BPNPs@mSiO_2的光致發(fā)光壽命(Photoluminescence lifetime,PLT)。利用時間相關單光子計數(shù)的方法,首次研究了材料的PLT,測得BPNPs的PLT為110.5 ps。包裹介孔二氧化硅后BPNPs的PLT延長到了267 ps。BPNPs在細胞內的PLT明顯高于純材料的PLT。進一步研究發(fā)現(xiàn)p H、離子強度及溶液中的蛋白質會影響B(tài)PNPs的PLT。這一現(xiàn)象說明了微環(huán)境的改變會影響B(tài)PNPs的PLT。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)具有重大意義,因為癌細胞內的微環(huán)境和正常細胞有很大的區(qū)別(p H、離子濃度、氧化還原狀態(tài)等),基于此,BPNPs在作為探針區(qū)分不同種類的癌細胞方面有著很好的應用潛力。6.本論文還探索了利用BPNPs應用于雙光子成像和光聲成像的可能性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)BPNPs可以用于細胞的雙光子成像,在動物的雙光子成像研究中獲得了初步的結果。另外,實驗結果顯示BPNPs具有很好的光聲信號,而且m SiO_2包裹能大幅度提高BPNPs的光聲信號。黑磷是一種新興的二維材料,研究探索其新的光學性能,將有利于發(fā)現(xiàn)其更多的未知性能并拓寬其應用領域。本論文以少層黑磷的光學性能為核心,探究了其在光學成像中的應用。大多數(shù)的生物成像造影劑由于其細胞毒性通常用于固定后的細胞染色,因此無法觀察活細胞內的動態(tài)生物節(jié)奏。黑磷作為一種具有高度生物兼容性的安全材料,是一種理想的用于活細胞成像的生物成像造影劑。本文深入研究和探討了黑磷在各種不同生物成像中的成像原理及優(yōu)勢,并就其目前面臨的易降解這一挑戰(zhàn)提出了一種介孔二氧化硅包覆的解決方法。本文為黑磷在生物成像中的應用打下了重要的基礎,并為實現(xiàn)基于黑磷的多功能生物聯(lián)合應用平臺展開了新的視角。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TP212
【圖文】：

北京工業(yè)大學工學碩士學位論文2.金屬催化劑法：（1）白磷在加溫不加壓的條件下，用汞作催化劑，加小磷作為晶種，通過加熱可以得到鋼灰色的同素異形體黑磷[6]；或是液體鉍作化劑也可以制備得到[7]。（2）用紅磷制備得到黑磷，在某些金屬（金 Au，n 等）的催化下，加熱紅磷可以轉變?yōu)楹诹譡8, 9]。另外，利用二碘化錫作為催，對紅磷進行兩步高溫法也能得到黑磷晶體[10]。3.高能球磨法[11]：在常溫常壓下對紅磷進行高能球磨，能得到粉末狀的黑磷磷非常不穩(wěn)定，在球磨時產(chǎn)生熱轉化為紅磷而無法產(chǎn)生黑磷，因此白磷不適高能球磨法制備黑磷。高能球磨法簡單易操作，但是此法得到的粉末狀黑磷在高溫高壓法下得到的片狀黑磷結晶度高。(a) (b)

圖 1-2 液相剝離法制備黑磷烯納米材料示意圖：（a）液相剝離法流程示意圖；（b）液相剝離法原理示意圖[16, 17]Figure 1-2 Preparation of black phosphorus nano-materials via liquid phase exfoliation：（a）Flowchart of preparing black phosphorus nano-materials via liquid phase exfoliation;（b）Schematic diagram of liquid phase exfoliation液相剝離法[17, 18]相比于機械剝離法的出產(chǎn)率要高一些，但是質量控制比較困難，尤其是尺寸的把握。不同于大多數(shù)光電子器件中用機械剝離法得到的黑磷，在生物醫(yī)學中，黑磷一般情況下都是用液相剝離法制備得到的。步驟為：取黑磷晶體適量研磨成為小顆粒，懸浮在適量有機溶劑中，將懸浮有黑磷晶體的有機溶劑分散液在冰浴探針式超聲下進行超聲，為了防止產(chǎn)生過多的熱，將超聲機調制到間隔超聲模式，超聲 0.5 h 即可。探針超聲結束后，再對懸浮有黑磷晶體的有機溶劑分散液進行冰水浴超聲 6-9 小時，為了防止產(chǎn)生過多的熱，隔 0.5h 換一次冰。超聲結束后，用離心機進行離心，即可收集到懸浮在有機溶劑中的黑磷納米

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 朱弋;楊舒波;潘文榮;王斌;;評價B超診斷圖像質量的指標綜述[J];中國醫(yī)學裝備;2007年07期

本文編號：2724032