碳點(diǎn)的構(gòu)建及雙模態(tài)功能化應(yīng)用.pdf

1、碳點(diǎn)作為一種新型熒光碳納米材料，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注，但碳點(diǎn)合成需要使用硫酸、硝酸等強(qiáng)酸性溶劑進(jìn)行氧化。這些方法不僅需要繁瑣的后處理過(guò)程，而且制得碳點(diǎn)的熒光效率比較低，制約了碳點(diǎn)的發(fā)展。此外，為避免因時(shí)間和空間上的差異而導(dǎo)致的誤診，多模態(tài)檢測(cè)成為了疾病診斷的最佳選擇。而碳點(diǎn)的單一熒光性質(zhì)難以滿足多模態(tài)檢測(cè)的需要。因此迫切需要設(shè)計(jì)和合成新型熒光碳點(diǎn)，提高碳點(diǎn)的熒光效率，實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)活體多模態(tài)成像。本論文旨在設(shè)計(jì)合成新型熒光氮摻雜碳點(diǎn)，賦予碳點(diǎn)

2、磁共振響應(yīng)能力，構(gòu)建新型熒光-磁共振雙模態(tài)探針，并進(jìn)行相應(yīng)的性質(zhì)探討，生物傳感及成像應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　氮摻雜碳點(diǎn)的合成與應(yīng)用：通過(guò)采用一種便捷通用的碳化-萃取法可以合成一系列氮含量不同的碳點(diǎn)（N-Cdots）。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)這類N-Cdots主要由致密的碳晶核所構(gòu)成，而經(jīng)過(guò)氧化得到的氧化碳點(diǎn)（O-Cdots）不僅具有碳的晶核，外部還有明顯的氧化層。碳化-萃取法提供了制備不同氮含量碳點(diǎn)的可能，實(shí)驗(yàn)表明隨

3、著氮摻雜量的增多，碳點(diǎn)的熒光逐漸增強(qiáng)。熒光光譜分析發(fā)現(xiàn)碳點(diǎn)具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴的特性，在不同波長(zhǎng)激發(fā)光照射下可以發(fā)射出由藍(lán)到紅不同顏色的熒光。因此，出色的多色熒光特性，低的毒性使N-Cdots可以作為探針廣泛應(yīng)用于生物傳感及生物成像領(lǐng)域。
　　碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)，性質(zhì)決定其用途。我們發(fā)現(xiàn)氧化程度對(duì)于碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)以及熒光性能和電化學(xué)發(fā)光性質(zhì)有重要影響，從而決定其用途。N-Cdots氧化程度低，具有高的熒光信號(hào)，熒光量子產(chǎn)率是O-Cdot

4、s的6.3倍，而較高的含氧量賦予O-Cdots更高的電化學(xué)發(fā)光響應(yīng)。N-Cdots適用于細(xì)胞成像，O-Cdots更適合與K2S2O8構(gòu)建電化學(xué)發(fā)光探針，用于Cu2+含量的檢測(cè)。因此，可以選擇合適類型的碳點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用（熒光和電化學(xué)發(fā)光），拓寬了碳點(diǎn)的應(yīng)用范圍。
　　熒光-磁共振雙響應(yīng)的富含13C-碳點(diǎn)的制備及應(yīng)用：使用13C-葡萄糖作為碳源，一步水熱法合成富含13C的熒光碳點(diǎn)。相較于普通的碳點(diǎn)，富含13C的碳點(diǎn)擁有高的13C磁共

5、振響應(yīng)。利用熒光-磁共振雙信號(hào)的交叉驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)碳點(diǎn)在斑馬魚(yú)體內(nèi)主要沉積在眼，卵黃囊及尾部。通過(guò)使用斑馬魚(yú)胚胎模型成功地長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)了碳點(diǎn)在其生長(zhǎng)過(guò)程中的分布及代謝情況。因此，這種13C-碳點(diǎn)可以更好地拓展碳點(diǎn)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　熒光-磁共振雙響應(yīng)碳點(diǎn)-釓復(fù)合納米材料的制備及成像應(yīng)用：熒光和磁共振響應(yīng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)展熒光-磁共振雙響應(yīng)探針具有重要意義。本章構(gòu)建了一種具有熒光-磁共振雙響應(yīng)的碳點(diǎn)-釓復(fù)合材料（Gd-Cdots），并

6、用于生物成像。通過(guò)一鍋法水熱反應(yīng)在4h內(nèi)合成出這種復(fù)合材料。相較于傳統(tǒng)熒光碳點(diǎn)，Gd-Cdots不僅具有強(qiáng)熒光性質(zhì)，而且兼具磁共振信號(hào)（r1=7.36mM-1s-1）。通過(guò)將熒光信號(hào)的高靈敏度和磁共振的深度穿透性以及空間可視的特性相結(jié)合，成功觀察到Gd-Cdots在組織中的分布情況。Cdots通過(guò)螯合Gd3+減少了復(fù)合材料中Gd3+的釋放量，從而達(dá)到降低Gd3+毒性的效果。將RGD（arginine-glycine-aspartic a