西瓜皮碳源荧光碳点的制备及其生物分析应用

论文摘要

荧光碳点具有优异的荧光特性、良好水溶性和低的生物毒性,近年来受到了研究者的广泛关注。尽管目前荧光碳点的制备方法如电弧放电、激光烧蚀、电化学氧化、燃烧/热解、微波加热、载体合成等取得了一定的发展,但制备荧光碳点的碳源难以收集或价格昂贵,导致其大批量的生产受到限制,不利于它的广泛应用发展。基于此研究背景,我们以绿色无毒、来源广泛、廉价易得的生物质材料西瓜皮为碳源制备荧光碳点,实现了荧光碳点的大批量的生产,探讨了其详细的反应机理,并将其成功的用于生物领域。主要内容和实验结果如下：1.采用低温碳化的方法,以西瓜皮为碳源制备荧光碳点。通过透射电镜和高分辨透射电镜对其形貌形貌和尺寸进行表征；紫外-可见及荧光光谱对其光学性质进行表征；X-射线光电子能谱、红外和拉曼光谱等表征手段对材料的结构和化学组成进行表征。结果表明合成的碳点具有小尺寸（<2nm）,激发波长决定发射波长的荧光特性,表面带有羧基基团且有着良好的水溶性和稳定性。荧光碳点的形成机制可能是荧光碳点由碳化反应产生。2.研究了荧光碳点与牛血清白蛋白（BSA）之间的相互作用。研究结果发现荧光碳点对BSA的荧光有猝灭作用,采用Stern-volmer方程数据进行了拟合,发现荧光碳点与BSA之间存在着较强的静态猝灭作用。热力学数据及离子强度等结果表明荧光碳点与BSA之间主要存在静电作用力和疏水作用力。3.研究了荧光碳点的细胞毒性,并初步探讨了其在细胞成像中的应用。研究结果表明,荧光碳点在一定浓度范围内是低毒性的,具有良好的生物相容性。在生物成像应用中,结果发现荧光碳点可通过内吞作用进入到细胞中,表明荧光碳点具有良好的细胞显影功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 简略词表
• 第一章 绪论
• 1 荧光碳点的概述
• 2 荧光碳点的制备及表征方法
• 2.1 自上而下的方法
• 2.1.1 电弧放电方法
• 2.1.2 激光烧蚀方法
• 2.1.3 电化学合成方法
• 2.2 自下而上的方法
• 2.2.1 燃烧/热解方法
• 2.2.2 载体合成方法
• 2.2.3 微波加热法
• 2.3 荧光碳点纳米复合材料的制备
• 2.4 荧光碳点表面功能化
• 2.5 表征方法
• 3 荧光碳点的性质
• 3.1 光学性质
• 3.2 物理结构性质
• 3.3 荧光碳点的其他性质
• 3.3.1 光学稳定性
• 3.3.2 光诱导电子转移和氧化还原性质
• 3.3.3 电化学发光
• 3.3.4 细胞毒性
• 4 荧光碳点的应用
• 4.1 光致还原金属
• 4.2 金属离子的检测
• 4.3 细胞和活体成像
• 5 课题的设计思想及意义
• 第二章 西瓜皮碳源荧光碳点的制备
• 1 前言
• 2 试剂与仪器
• 2.1 试剂
• 2.2 仪器
• 3 实验方法
• 3.1 合成荧光碳点
• 3.2 荧光碳点的表征
• 3.3 溶解性的测定
• 3.4 荧光量子产率和荧光寿命的测定
• 3.5 pH和离子强度影响
• 4 结果与讨论
• 4.1 低温碳化温度和时间对制备荧光碳点的影响
• 4.2 荧光碳点的表征
• 4.2.1 紫外-可见及荧光光谱表征
• 4.2.2 高分辨透射电子显微镜图像表征
• 4.2.3 红外及拉曼光谱表征
• 4.2.4 X-射线光电子能谱表征
• 4.3 溶解性的测定
• 4.4 荧光量子产率和荧光寿命的测定
• 4.5 pH和离子强度影响
• 4.6 机理探讨
• 5 小结
• 第三章 荧光碳点与BSA相互作用的研究
• 1 前言
• 2 仪器与试剂
• 2.1 试剂
• 2.2 仪器
• 3 实验部分
• 3.1 琼脂糖凝胶电泳研究
• 3.2 荧光碳点浓度计算
• 3.3 荧光碳点与BSA相互作用研究
• 3.3.1 作用时间影响
• 3.3.2 pH影响
• 3.3.3 浓度影响
• 3.3.4 温度影响
• 3.4 荧光碳点与BSA相互作用机理研究
• 3.4.1 紫外-可见光谱研究
• 3.4.2 离子强度影响
• 4 结果与讨论
• 4.1 琼脂糖凝胶电泳分析
• 4.2 荧光碳点与BSA相互作用的研究
• 4.2.1 作用时间影响
• 4.2.2 pH影响
• 4.2.3 浓度影响
• 4.2.4 温度影响
• 4.3 作用机理研究
• 5 小结
• 第四章 荧光碳点的细胞毒性及其在生物成像中的应用
• 1 前言
• 2 试剂与仪器
• 2.1 试剂
• 2.2 仪器
• 3 实验部分
• 3.1 Hela细胞的培养
• 3.2 荧光碳点的细胞毒性
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 细胞形态学影响
• 3.3 荧光碳点的细胞成像应用
• 3.3.1 荧光碳点与细胞共培养
• 3.3.2 图像采集
• 4 结果与讨论
• 4.1 细胞毒性分析
• 4.2 细胞形态影响图像分析
• 4.3 细胞成像分析
• 5 小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录