碳納米復(fù)合材料的制備及熒光性質(zhì)研究.pdf

1、氧化石墨烯、碳點(diǎn)等碳納米材料因具有生物相容好、無毒性、有良好的水溶性等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。而且氧化石墨烯表面上有大量的含氧基團(tuán)，如環(huán)氧基，羥基，羧基等，其表面上的這些極性官能團(tuán)可與極性的有機(jī)分子或聚合物形成強(qiáng)化學(xué)鍵，或者之間發(fā)生相互作用而形成納米復(fù)合材料。碳點(diǎn)這種納米碳材料具有較強(qiáng)的熒光，并且其表面易于修飾，或者有的帶官能團(tuán)的碳點(diǎn)可與功能性物質(zhì)結(jié)合形成納米復(fù)合材料。
　　熒光化學(xué)傳感器因具有操作簡單、選擇性好、靈敏度高、即時

2、性強(qiáng)、檢測限量低等優(yōu)點(diǎn)，在分析化學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。因此設(shè)計(jì)及合成多種有效的熒光分子探針備受人們的關(guān)注。
　　本論文重點(diǎn)研究的是碳納米復(fù)合材料的制備及其熒光性質(zhì)。在本論文中，先將熒光染料與制備的氧化石墨烯共價(jià)結(jié)合，得到發(fā)光的氧化石墨烯納米復(fù)合材料。并對其光物理性質(zhì)進(jìn)行了研究，接著將其應(yīng)用于生物細(xì)胞成像，其中使用的香豆素類、苝酰亞胺類熒光染料是被廣泛研究的發(fā)光基團(tuán)，這兩類染料摩爾消光系數(shù)高，吸光效率高，有

3、良好的光穩(wěn)定性，熒光量子產(chǎn)率高；再者，本論文制備了碳點(diǎn)/二氧化錳納米復(fù)合材料，并用其作為葡萄糖的熒光檢測探針。全文共分五個部分：
　　1.主要闡述了與本論文有關(guān)的研究背景，重點(diǎn)介紹了氧化石墨烯和碳點(diǎn)兩類碳納米材料的研究現(xiàn)狀，熒光傳感器的主要識別機(jī)理及本論文所選用的熒光物質(zhì)的性質(zhì)。
　　2.制備了氧化石墨烯和熒光納米碳點(diǎn)這兩種碳納米材料，并對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，通過紫外吸收光譜和熒光光譜的方法研究了它們的光譜學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表

4、明得到了弱熒光的氧化石墨烯納米片和較強(qiáng)熒光的碳納米顆粒，兩者均具有良好的水溶性。
　　3.基于氧化石墨烯與4-甲基-7-氨基香豆素(NH2-COUR)的共價(jià)作用制備了納米片熒光化學(xué)傳感器（GO-NH-COUR）。通過透射電鏡（TEM）、 X射線衍射（XRD）和紅外光譜對產(chǎn)品進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征。通過紫外-可見分光光度法、穩(wěn)態(tài)熒光光譜和時間分辨熒光的方法對GO、NH2-COUR和GO-NH-COUR在水和乙醇溶液中的光物理性質(zhì)進(jìn)行

5、了研究。結(jié)果表明GO-NH-COUR探針在酸性到堿性的水溶液中，發(fā)生了得/失質(zhì)子的過程，酸性至近中性的pH值范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。制備的復(fù)合納米片的優(yōu)點(diǎn)在于它不僅有在水中有良好的分散性，而且有良好的光學(xué)特性。共焦顯微鏡實(shí)驗(yàn)表明GO-NH-COUR可以轉(zhuǎn)染活細(xì)胞，因而可用于熒光成像技術(shù)。
　　4.通過將氧化石墨烯（GO）與苝酰亞胺的非熒光衍生物（H2N-PDI-NH2）共價(jià)作用制備了可見光激發(fā)的納米熒光染料（H2N-PDI-NH-C

6、O-GO），并用透射電子顯微鏡、x射線衍射和傅里葉變換紅外光譜對產(chǎn)品進(jìn)行了表征。熒光滴定分析表明納米片傳感器在水中存在三種酸堿平衡，pKa的特征值為分別為3.0，7.0和10.0。在酸性至近中性的pH值范圍（3.0-7.0）的得失質(zhì)子過程中，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子化和中性形式的納米復(fù)合材料在UV/ Vis吸收光譜和熒光光譜中有移位。當(dāng)激發(fā)波長分別為470 nm和530 nm時，質(zhì)子化和中性的H2N-PDI-NH-CO-GO的熒光發(fā)射最大值分別在~55

7、0 nm和~590 nm，并且都有較高的熒光強(qiáng)度。當(dāng)在近中性pH值范圍，納米片熒光傳感器在不同的激發(fā)波長下可發(fā)出綠色或紅色熒光。時間分辨熒光顯示納米復(fù)合材料傳感器存在聚積作用，激光共焦顯微鏡實(shí)驗(yàn)顯示了H2N-PDI-NH-CO-GO在活細(xì)胞中有潛在的應(yīng)用前景。
　　5.基于簡單的化學(xué)還原法，制備了具有高靈敏度的檢測葡萄糖的熒光探針。當(dāng)有二氧化錳時。MnO2納米片的吸收帶與碳點(diǎn)（CDs）納米顆粒的熒光發(fā)射光譜有很好的重疊，導(dǎo)致碳點(diǎn)的