论文摘要
荧光量子点由于其独特的光学性质和电学性质,在光电器件和生物医学领域具有广阔的应用前景。量子点在生物医学领域得以进一步发展和应用的前提在于其优异的光学性质、良好的生物相容性和精确的生物靶向性。为实现以上目标,就必须对量子点表面所修饰的配体进行精心的选择和设计,以达到增强荧光、降低毒性和加强靶向识别的目的。除此之外,寻找新的生物相容性和环境友好性的量子点来代替传统半导体量子点也是一条可选的路径,比如碳量子点、硅量子点、磷化铟量子点等。本论文根据以上两点思路,在对荧光量子点的研究文献进行大量调研的基础上,重点开展了以下几点工作：首先,设计合成了具有独特光学性质和生物靶向性质的水溶性硫化镉量子点,研究了其荧光机理,并开展了相应的细胞标记实验以证明其靶向性；其次,研究了最近才出现的新型碳量子点的荧光,提出了一种通过化学还原有效提升碳量子点荧光量子产率的方法,并研究了其荧光增强的机理；最后,开展了水相伽马射线辐照对碳量子点的影响作用研究,提出了一种通过控制水相辐照环境来实现碳量子点的荧光增强或快速降解的可选方案。本论文的主要研究成果如下：1)通过点击化学的方法,设计合成了一种含有1,2,3-三氮唑环的配体,并以此合成了水溶性硫化镉量子点（TA-QDs）。TA-QDs具有540nm和650nm两个荧光发射峰,分别来源于硫化镉纳米晶粒本身和配体与量子点通过表面配位作用形成的络合物。在配体的保护下,’TA-QDs的荧光在不同离子强度下和较宽的pH值范围下保持稳定。我们通过X射线光电子能谱,拉曼光谱以及核磁共振氢谱研究了配体与量子点之间的配位作用；并通过电化学分析方法证明了1,2,3-三氮唑能与镉离子形成络合物。溴化乙啶竞争结合实验表明TA-QDs与DNA有强结合作用。细胞染色实验表明TA-QDs能选择性标记癌细胞的核仁部位,具有很强的靶向作用。2)发展了一种简捷有效的硼氢化钠（NaBH4）化学还原方法,在不经表面修饰的情况下,大幅度提升了碳量子点的荧光强度,其量子产率可达16%；结合水热法后,NaBH4还原法能进一步将碳量子点的荧光量子产率提升至40%以上。核磁共振碳谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明硼氢化钠处理后,碳量子点表面的羰基被还原成羧基,并且其表面缺陷成分增加,碳量子点表面非辐射再结合中心数量随之下降。此外,XPS结果还显示碳量子点的价带顶（VBM）值随着还原时间的增加而一直下降,碳量子点表面能带弯曲程度加剧。碳量子点表面非辐射再结合中心数量的下降和表面能带弯曲程度的加剧是量子点荧光增强的两个原因。3)研究了水相γ射线辐照法对碳量子点的作用。我们发现碳量子点在不同还原气氛的水相体系中,γ射线辐照对其造成的影响完全不同。当在纯水溶液中辐照时,碳量子点很快被辐照所清除,其荧光也随之完全淬灭。然而,通过加入自由基清除剂,在水相辐照体系中创造出还原气氛时,碳量子点能够承受15kGy的辐射而不被清除,并且其荧光强度还能得到大幅度增强。
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