氮摻雜多功能碳點的構筑及分析應用

發(fā)布時間：2020-09-29 20:34

　　碳點作為碳家族中的重要成員,因其在光致發(fā)光特性、生物相容性、催化活性、電子特性等方面具有獨特優(yōu)勢,廣泛應用在化學或環(huán)境檢測、生物傳感、疾病診療、光催化、光電器件等多學科領域。碳點中雜原子的摻雜作為制備功能化碳點的一種可行性策略,能夠有效地調(diào)節(jié)碳點的固有性質(zhì),為開發(fā)碳點的應用提供了新途徑。因此,對雜原子摻雜碳點性質(zhì)及其應用的研究日益增多。本論文設計制備了三種性質(zhì)優(yōu)異的氮摻雜多功能碳點,對其性能進行了分析研究,并將其應用于金屬離子、氨基酸、抗生素和環(huán)境污染物的分析檢測、細胞成像以及質(zhì)譜基質(zhì)的開發(fā)等方面。主要內(nèi)容包括:第一章:對碳點的研究及應用進行了綜述。首先概述了碳點的發(fā)光性能及摻雜碳點的分類及性質(zhì),特別是氮摻雜對調(diào)節(jié)碳點性質(zhì)的優(yōu)勢。其次,較為詳盡地總結(jié)了碳點作為分析檢測平臺的研究進展。重點圍繞碳點在熒光傳感器、生物成像、藥物載體和光學診療等光譜分析方面的研究及應用進行綜述。第二章:以DL-蘋果酸為碳源,乙醇胺為氮源,采用一步微波熱解法制備了氮摻雜碳點(N-CDs)。對其形貌、化學結(jié)構和光學性能進行了表征。結(jié)果表明N-CDs具有良好的水溶性、熒光穩(wěn)定性、生物相容性和低毒性,可應用于多色細胞成像。此外,基于Fe~(3+)對于N-CDs熒光的動態(tài)猝滅,構建了具有高選擇性和靈敏度的Fe~(3+)熒光傳感器,其線性范圍為6.0-200μM,檢出限為0.80μM。第三章:采用一步微波熱解法制備了一種藍色熒光氮摻雜碳點(CNDs)。由于精氨酸(Arg)與CNDs表面結(jié)構強烈的相互作用,導致CNDs的熒光猝滅,在加入Cu~(2+)后,CNDs熒光恢復。與此同時,該過程表現(xiàn)出明顯的顏色變化(黃-粉-淡黃)。因此,構建了CNDs熒光比色雙模式傳感器用于對Arg和Cu~(2+)的順序檢測。對于Arg和Cu~(2+)檢出限分別為0.26μM和0.17μM。探究了CNDs在細胞成像中的應用。此外,基于CNDs熒光變化的過程設計了“AND”邏輯門。該傳感器的可視化檢測性質(zhì)相比單一熒光檢測在實際應用中更有優(yōu)勢。第四章:以鄰苯二胺(o-PD)和4-氨基丁酸(GABA)為原料,經(jīng)過一步水熱法制備了具有光學性能穩(wěn)定、生物相容性好和毒性低的黃色熒光氮摻雜碳點(Y-CDs)。由于氟喹諾酮類抗生素(FQs)與Y-CDs之間存在特定的相互作用,無需在碳點表面修飾額外的標記物,即可引起Y-CDs的熒光發(fā)生靜態(tài)猝滅。而引入組氨酸(His)后,碳點熒光被恢復。因此,設計了一種基于Y-CDs的開關型多功能熒光傳感器用于FQs和His的檢測。該多功能傳感平臺對三種FQs和His均具有較高的靈敏度和選擇性,檢出限分別為17-67 nM和35 nM。利用這些優(yōu)異的特性,成功地將Y-CDs用于抗生素片、乳制品等實際樣品中FQs的檢測。在此基礎上也拓展了Y-CDs在細胞成像中的應用。這表明該傳感器在生物分析和環(huán)境監(jiān)測等方面具有良好的應用前景。第五章:由于第二章制備的氮摻雜碳點(N-CDs)具有良好的紫外吸收能力和溶解性,是一種優(yōu)良的基質(zhì)材料。因此,以N-CDs為基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜法(MALDI-TOF MS)的基質(zhì),建立了在負離子模式下對環(huán)境污染物羥基多環(huán)芳烴(OH-PAHs)的檢測方法。研究證明:由于N-CDs的π共軛芳香環(huán)結(jié)構和多種含氮結(jié)構有利于能量的吸收的傳遞,以其為基質(zhì)的質(zhì)譜圖無背景干擾,可以用于小分子化合物OH-PAHs的檢測。并且該方法重現(xiàn)性好,靈敏度高,可以用于PM_(2.5)實際樣品中OH-PAHs的分析。結(jié)果表明PM_(2.5)樣品中三種OH-PAHs的質(zhì)量濃度分別為:羥基芘(0.125-0.136 ng/m~3),二羥基蒽醌(0.039-0.052 ng/m~3)和二羥基苯并芘(0.053-0.072 ng/m~3)。該工作不僅拓展了N-CDs的新應用,也為MALDI-TOF MS在小分子化合物檢測方面提供了良好的候選基質(zhì)材料。
【學位單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TB383.1
【部分圖文】：

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