【摘要】：手性是一種擁有不重疊鏡像的非對稱結(jié)構(gòu)。由于其在分子識別和疾病診斷中有著至關(guān)重要的作用,因此在化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域,特別是藥學(xué)領(lǐng)域受到研究者的廣泛關(guān)注。近年來,納米尺度上的手性研究引起了人們的注意,方向主要集中在手性金屬納米顆粒(metal nanoparticles,MNPs)、手性納米棒(nanorods)和部分手性無機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)(inorganic semiconductor quantum dots)上。碳點(diǎn)(carbon dots,CDs),自2004年發(fā)現(xiàn)以來,由于其容易制備、良好的光穩(wěn)定性、低毒性和環(huán)境友好等性質(zhì)特點(diǎn),而備受關(guān)注。然而,關(guān)于手性發(fā)光碳材料尤其是手性CDs的報(bào)道卻很少。我們預(yù)想,當(dāng)CDs被賦予手性,它將展現(xiàn)更加奇妙的性質(zhì),并作為橋梁將材料化學(xué)和生命科學(xué)緊密聯(lián)系在一起。因此,本文闡述了一種簡單通用的方法——兩步碳化法,運(yùn)用功能性手性配體分子青霉胺(penicillamine,Pen),使CDs表面鈍化,從而制備出具有光學(xué)活性的手性CDs。在理論和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步討論了手性產(chǎn)生的機(jī)制,并利用手性CDs作為光學(xué)探針,實(shí)現(xiàn)了高爾基體靶向和抗生素藥物的檢測。具體的研究內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:1兩步碳化法:一種通用策略制備手性碳點(diǎn)本文闡述了一種簡單、通用的方法:兩步碳化法,即在非手性碳核表面,通過手性分子的表面鈍化,去獲得手性CDs。具體內(nèi)容包括,分別合成了兩對具有手性光學(xué)活性的CDs——青霉胺-檸檬酸碳點(diǎn)(Pen-CA CDs)和青霉胺-酒石酸碳點(diǎn)(Pen-TA CDs)。首先以檸檬酸(citric acid,CA)作為碳源,第一步高溫碳化形成非手性碳核,第二步用一對對映體分子L或D-Pen鈍化碳核表面,進(jìn)而得到目標(biāo)產(chǎn)物L(fēng)-Pen-CA CDs和D-Pen-CA CDs。接著考察它們的光學(xué)活性,數(shù)據(jù)表明,該CDs不僅具有較強(qiáng)的手性光學(xué)活性還具有較高的熒光量子產(chǎn)率(quantum yield,QY),分別為49.2%和52.7%。結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道,以鄰位效應(yīng)模型理論解釋L-Pen-CA CDs和D-Pen-CA CDs的手性來源。為了考察該方法的通用性,又利用酒石酸對映體分子(tartaric acid,TA)作為碳源,L或D-Pen為手性配體,運(yùn)用相同的方法成功制備了L-Pen-D-TA CDs和D-Pen-L-TA CDs,考察了其光學(xué)性質(zhì),討論了Pen-TA CDs的手性來源問題。2 Pen-CA CDs的生物學(xué)效應(yīng)及成像研究對制備的手性Pen-CA CDs進(jìn)行了生物學(xué)效應(yīng)考察和成像研究,以觀察其手性依賴性應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,L-Pen-CA CDs和D-Pen-CA CDs兩者的細(xì)胞毒性都很低,但可見一定的手性依賴效應(yīng),即D-Pen-CA CDs比L-Pen-CA CDs有著更低的細(xì)胞毒性。在亞細(xì)胞器定位實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),L-Pen-CA CDs和D-Pen-CA CDs均具有特異性靶向高爾基體的作用,雖然二者區(qū)別并不明顯,但D-Pen-CA CDs具有相對較高的靶向效應(yīng)。在相同方法下制備的、無手性光學(xué)活性的消旋-青霉胺-檸檬酸碳點(diǎn)(rac-Pen-CA CDs)沒有顯示出靶向能力,表明靶向作用與分子的手性構(gòu)型有關(guān)。同時(shí)以不含巰基的手性光學(xué)活性丙氨酸-檸檬酸碳點(diǎn)(L-Ala-CA CDs和D-Ala-CA CDs)做了對照實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,丙氨酸-檸檬酸碳點(diǎn)對映體均不具有高爾基體特異性靶向作用;而用手性配體Pen做的競爭性抑制實(shí)驗(yàn)表明,Pen可以明顯抑制D-Pen-CA CDs和L-Pen-CA CDs的高爾基體靶向作用,說明手性配體Pen及分子中的巰基在高爾基體特異性靶向作用中發(fā)揮重要作用。研究結(jié)果為實(shí)時(shí)觀察高爾基體形態(tài)提供了一個(gè)新的途徑,可對設(shè)計(jì)靶向高爾基體的藥物提供新的思路。3 Pen-TA CDs用于強(qiáng)力霉素的檢測對合成的L-Pen-D-TA CDs進(jìn)行了光學(xué)性質(zhì)考察,結(jié)果表明,該CDs具有激發(fā)波長依賴的發(fā)射性質(zhì),具有較強(qiáng)的光穩(wěn)定性、鹽穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性和抗氧化能力,可作為熒光探針用于藥物檢測。強(qiáng)力霉素(Doxycycline,Dox),是一類廣譜的抗生素,廣泛用于呼吸道感染、尿路感染的治療,其吸收光譜與L-Pen-D-TA CDs的激發(fā)光譜能夠很好的重疊,因此,我們基于內(nèi)濾效應(yīng),以L-Pen-D-TA CDs為熒光探針,建立了對Dox高選擇性、高靈敏度的檢測。該CDs熒光強(qiáng)度變化比值的對數(shù)(ln(F_0/F))與Dox的濃度在2.0μM-200μM范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系,檢測限為0.86μM(3σ),實(shí)現(xiàn)了實(shí)際樣品牛奶中Dox的檢測。綜上,本文運(yùn)用兩步碳化法,合成了兩對具有手性光學(xué)活性的CDs,研究了其光學(xué)性質(zhì),探討了CDs的手性來源,發(fā)現(xiàn)L-Pen-CA CDs和D-Pen-CA CDs均具有特異性靶向高爾基體的作用,L-Pen-D-TA CDs可作為熒光探針,用于強(qiáng)力霉素的高選擇性、高靈敏度檢測。以上結(jié)果對于深入探究手性光學(xué)活性碳納米材料的性質(zhì),進(jìn)一步拓展其在成像與藥物檢測方面的應(yīng)用上,有著一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

)AgNCs 分離后，各部分條帶的 CD 光譜。每個(gè)條帶的 L-Pen 包被的 AgN被的 AgNCs (紅) 均呈現(xiàn)鏡像對稱的關(guān)系。rac-Pen 包被的 AgNCs (黑) 無re 1-2 (a) CD spectra of each numbered silver nanoclusters compound. Mirror ationship in the CD signals between each numbered L-Pen-capped (green curveapped (red curve) silver nanoclusters can be seen. No CD signals were obtainedthe rac-Pen-capped silver nanoclusters (black curve).性無機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒手性 MNCs，手性無機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒 (semiconductor nanopa較晚。2007 年，Moloney 等人[52]首次報(bào)道，在微波加熱的情況下n 為包被劑，制備了手性 CdS QDs。Han 等人[53]報(bào)道了環(huán)糊S QDs，，可以通過熒光信號的增強(qiáng)來檢測色氨酸 (tryptophan, Tyhionine, Met)。有趣的是，手性 CdSe/ZnS QDs 的熒光信號對不同有著明顯的差異。當(dāng) L-Tyr 存在時(shí)，β-環(huán)糊精包被的 QDs 的熒%，而 D-Tyr 存在時(shí)，只增強(qiáng)了 8%，即 L-Tyr 增強(qiáng)的熒光信號值。同樣，α-環(huán)糊精包被的 QDs 與 L- Met 相互作用后，熒光信號顯

因此，發(fā)展低毒、生物相容性好的新型手性發(fā)光顯得尤為重要。1.4 手性碳納米材料碳納米材料 (carbon nanomaterials) 是一類主要由 sp2和 sp3雜化碳原子構(gòu)材料，最早始于 Smalley 等人[58]發(fā)現(xiàn)的富勒烯 (fullerene)。由于其特殊的、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械等性質(zhì)，使得碳納米材料廣泛應(yīng)用于傳感、生物醫(yī)化、能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，特別是將其適當(dāng)?shù)墓δ芑�，碳納米材料建高性能的電化學(xué)傳感器，在醫(yī)療診斷和治療方面有廣闊的應(yīng)用前景[5的碳納米材料包括富勒烯[63]、碳點(diǎn)[64]、碳納米管[65]、石墨烯[66]等。近年碳納米材料開始受到人們的關(guān)注。2015 年，Zhang 團(tuán)隊(duì)[67]以多種超薄的一維和二維納米材料為原料，在聚中劇烈的攪拌下，通過自組裝的方法制備手性納米纖維 (chiral nanofibers子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) 和原子力顯微鏡 (atomicroscopy, AFM) 顯示了納米纖維的螺旋結(jié)構(gòu)，CD 光譜展現(xiàn)了納米纖維的手性，如圖 1-3 和 1-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11

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