基于天然糖类物质碳纳米颗粒的合成、表征及应用

论文摘要

传统有机荧光染料的光稳定性较差,容易发生淬灭等缺点给标记应用相关研究工作带来很多的不便,因而,寻找新型的荧光材料成为研究的热点。近年来,具备良好荧光特性的量子点在标记方面具有一定的优势,但是其由重金属等有毒物质构成,具有毒性大、发光易闪烁等缺点,在一定程度上限制了它的使用。Sun的研究组报道了表面钝化的碳纳米颗粒可以发出可见光,开创了荧光碳纳米颗粒研究的新纪元。与有机染料相比,荧光碳纳米颗粒是环境友好型的生物标记物,其具有较高光稳定性,抗光漂白性强等特点,并且具有较好的生物相容性、低毒性,对细胞损伤小,在活体生物标记方面具有独特的优势,有望代替量子点应用于活细胞标记成像和动物活体成像,已经引起人们极大的兴趣。因此,荧光碳纳米颗粒是一种较理想的生物荧光标记材料,对研发新型发光碳纳米材料提供新的方向。本文主要研究了以下内容:碳纳米颗粒的制备:以纤维素、壳聚糖、环糊精和淀粉为原料,采用一步水热合成法合成碳纳米颗粒。碳纳米颗粒的表征:透射电子显微镜结果表明,以上四种碳源得到的荧光碳纳米颗粒呈球状,在水中分散较好,平均粒径分别为75 nm、100 nm、76 nm和14 nm。在激发光作用下,荧光碳纳米颗粒的发射光发生红移,且呈现出激发光依赖性的发光特点,其光稳定性明显优于荧光素和罗丹明。在633 nm激发光作用下,有较强的近红外荧光。碳纳米颗粒的应用:本实验所得带负电的四种碳纳米颗粒与带正点的金属离子通过静电作用相结合后,碳纳米颗粒的荧光发生淬灭作用。其中,影响较大的是Cu(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)。在一定范围内I/I0值与Fe(Ⅲ)浓度呈线性关系。将所得的两种碳纳米颗粒用于细胞标记及鱼活体成像。实验结果表明纤维素碳纳米颗粒标记细胞的效果较好。且加入到鱼食喂养后,能进入到鱼的体内发出较强的光,可用于活体成像标记。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 碳纳米颗粒的研究概况
• 1.2 荧光碳纳米颗粒的碳源
• 1.2.1 无机物碳源
• 1.2.2 有机物碳源
• 1.3 荧光碳纳米颗粒的制备方法
• 1.3.1 硝酸回流法
• 1.3.2 电化学法
• 1.3.3 激光法
• 1.3.4 微波加热法
• 1.4 荧光碳纳米颗粒在生物上的应用
• 1.4.1 细胞荧光标记
• 1.4.2 DNA标记
• 1.4.3 体内活体成像
• 1.5 本论文的研究意义
• 1.6 本论文的研究内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 主要试剂与药品
• 2.3 主要实验仪器
• 2.4 主要试剂的配制
• 2.5 实验与方法
• 2.5.1 碳纳米颗粒的合成
• 2.5.2 碳纳米颗粒的微波处理
• 2.5.3 碳纳米颗粒的纯化
• 2.5.4 透射电镜表征（TEM）
• 2.5.5 红外光谱表征
• 2.5.6 荧光光谱和紫外吸收的测定
• 2.5.7 近红外荧光特性表征
• 2.5.8 光稳定性的检测
• 2.5.9 电位值的测量
• 2.5.10 荧光量子产率的测定
• 2.5.11 pH对碳纳米颗粒荧光强度的影响
• 2.5.12 溶剂对碳纳米颗粒荧光的影响
• 2.5.13 碳纳米颗粒与金属离子的作用
• 2.5.14 碳纳米颗粒与Fe（Ⅲ）相互作用的线性范围与检测限
• 2.5.15 碳纳米颗粒标记细胞
• 2.5.16 碳纳米颗粒标记孔雀鱼
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 合成碳纳米颗粒粒径的测定
• 3.2 合成碳纳米颗粒的结构分析
• 3.3 合成碳纳米颗粒的荧光光谱及紫外吸收的测定
• 3.4 碳纳米颗粒近红外荧光的检测
• 3.5 碳纳米颗粒的光稳定性分析
• 3.6 碳纳米颗粒的电位值
• 3.7 微波处理前与处理后量子产率的比较
• 3.8 pH对碳纳米颗粒荧光强度的影响
• 3.9 溶剂对碳纳米颗粒荧光强度的影响
• 3.10 不同金属离子对碳纳米颗粒荧光强度的影响
• 3.11 碳纳米颗粒与Fe（Ⅲ）相互关系的线性范围与检测限
• 3.12 碳纳米颗粒标记细胞
• 3.13 碳纳米颗粒标记孔雀鱼
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢