核桃殼基碳量子點的熒光特性及其在MG-63細胞中的成像研究.pdf

1、近年來，隨著納米技術(shù)和生物科技的迅速發(fā)展，生物成像技術(shù)作為疾病診斷和治療領(lǐng)域中一種高效方法形象真實反映細胞的狀態(tài)而得到廣泛關(guān)注。碳量子點（Carbon Quantum Dots,CQDs)是一種新型的熒光材料，因其突出的熒光效應(yīng)、穩(wěn)定性以及表面易修飾性等特點，尤其是其優(yōu)越的生物相容性，被認(rèn)為是可以替代金屬半導(dǎo)體熒光染料的有力替選材料之一。然而，有關(guān)CQDs制備及性能的研究還處于初步階段，其發(fā)光機理等問題也未得到全面認(rèn)可。現(xiàn)在流行的制備方

2、法大多是從傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料或其他碳納米材料中繼承，選取合適的碳源材料，簡化制備方法最終得到性能可控的CQDs是研究者們努力的研究方向。本文主要基于化學(xué)切割原理，建立兩種不同碳源材料制備CQDs的工藝路線，并對比分析影響其性能的環(huán)境因素，著重分析了核桃殼基CQDs在細胞成像上的應(yīng)用。
　　具體研究內(nèi)容包括以下四個部分：
　　1)一步碳化處理獲得含碳量80％以上、具備相對完整碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)的碳化核桃売，可作為生物質(zhì)基碳源材料。利用廢棄核

3、桃殼為原料,通過簡單的一步碳化預(yù)處理獲得含碳量84%、具備碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)的多孔碳化核桃殼，并探索了在碳化過程中原料微觀結(jié)構(gòu)的演變，為制備熒光CQDs提供了一種新的生物質(zhì)基原材料；
　　2)設(shè)計了一種化學(xué)切割方法，從碳化核桃売中獲取具有突出熒光效果的核桃売基CQDs，展現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性和突出的上轉(zhuǎn)換效應(yīng)。核桃殼基CQDs平均尺寸在5nm以下，高分辨率透射電鏡下明顯觀察到晶格條紋，晶面間距為0.258nm,對應(yīng)類石墨的sp2碳的（102)面

4、；單個CQDs可以具有zigzag和armchair兩種邊緣結(jié)構(gòu)；CQDs特殊的邊緣結(jié)構(gòu)、邊緣富集的官能團以及內(nèi)部部分碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不完整，基于表面缺陷理論的分析，都可以看作是對核桃殼基CQDs突光效應(yīng)的一種貢獻。
　　3)分析了制備過程中溫度等環(huán)境因素對核桃売基CQDs熒光特性的影響規(guī)律，為制備性能可控的熒光CQDs提供數(shù)據(jù)支持。氧化切割溫度的提高引起熒光發(fā)射峰發(fā)生藍移；稀釋過程中去離子水的加入可以看作是一種“觸發(fā)”核桃殼基CQDs

5、的熒光特性的“機關(guān)”;顆粒表面電荷在不同PH環(huán)境中的排斥或吸引引起的顆粒分散或聚集也影響熒光強度；添加乙醇會減弱其熒光強度，且P.和乙醇對熒光強度的影響效果是可逆的，這現(xiàn)象可歸因于核桃殼基CQDs表面基團鍵合的形成與打破的可逆轉(zhuǎn)換，這些規(guī)律為制備性能可控的核桃殼基CQDs提供理論依據(jù)；
　　4)首次成功應(yīng)用拉曼成像技術(shù)探測和評價了CQDs在細胞內(nèi)的分布情況及成像效果。核桃殼基CQDs展現(xiàn)了優(yōu)異的生物相容性和成像效果。特別的是，核桃

6、殼基CQDs產(chǎn)生的單線態(tài)氧可以在一定程度上抑制了癌細胞的增殖，這對未來實現(xiàn)靶向治療有重要意義。我們首次將拉曼成像技術(shù)應(yīng)用檢測CQDs在細胞中的分布，解釋了細胞和核桃殼基CQDs的相互作用。
　　本文主要設(shè)計開發(fā)了一種基于化學(xué)切割原理的制備方法，從簡單易得的生物質(zhì)源材料核桃殼中獲取了小尺寸、熒光性能優(yōu)異、穩(wěn)定性良好的新型核桃殼基CQDs?；谏锵嗳菪缘牧夹栽u價，我們成功地運用拉曼成像技術(shù)解釋了CQDs進入細胞的過程，為進一步開發(fā)核