基于硼、硅摻雜和適配體功能化碳量子點的化學(xué)和生物傳感器的構(gòu)建及應(yīng)用.pdf

1、碳量子點(CQDs)是一種新型的熒光碳納米材料，因其所具有的獨特的光學(xué)和電化學(xué)性能、低毒性、良好的生物相容性、抗光漂白性，穩(wěn)定的發(fā)射和易于調(diào)控等無可比擬的優(yōu)勢，引起了傳感器、生物成像、催化和光學(xué)器件等各領(lǐng)域科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。
　　盡管碳量子點在熒光性能、生物兼容性、合成成本等各個方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但目前得到的碳量子點的熒光量子產(chǎn)率與無機(jī)半導(dǎo)體和染料分子相比仍然相對較低，這大大限制了其在各個領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。近期的研究表明，通

2、過對碳量子點表面進(jìn)行表面修飾和元素?fù)诫s可顯著提高碳量子點的發(fā)光效率。但是，目前在碳量子點的元素?fù)诫s方面的研究進(jìn)展仍然較為緩慢。作為一種新型的環(huán)境友好型納米材料，碳量子點可用于構(gòu)建化學(xué)和生物傳感器的熒光信號輸出單元，發(fā)展生物兼容性好的可植入式生物傳感器。然而，利用碳量子點構(gòu)建高性能、高靈敏度的化學(xué)和生物傳感器仍然存在很多挑戰(zhàn)，有關(guān)這方面的研究工作還剛剛起步，在此背景下，開展基于元素?fù)诫s和表面修飾碳量子點的化學(xué)和生物傳感器的研究工作具有重要

3、的理論意義和應(yīng)用價值。
　　本文主要通過元素?fù)诫s方法制備高量子產(chǎn)率、可調(diào)變熒光的碳量子點;利用摻雜碳量子點的摻雜元素的特性實現(xiàn)對雙氧水、三聚氰胺和葡萄糖的定量檢測;將表面功能化的碳量子點與鉛離子適配體鍵連形成熒光探針，利用探針與氧化石墨烯的自組裝作用構(gòu)建了鉛離子響應(yīng)的化學(xué)傳感器;通過不同碳量子點與不同的多聚核苷酸適配體偶聯(lián)制備不同的碳量子點熒光探針，利用探針與氧化石墨烯或氧化碳納米管的自組裝作用構(gòu)建不同生物傳感器，實現(xiàn)生物標(biāo)記物D

4、NA、凝血酶、Pb2+的單一檢測和多種生物標(biāo)記物的同時檢測。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用簡單的水熱合成法，以三溴化硼和對苯二酚為前驅(qū)體，制備了硼摻雜碳量子點。制備所得的硼摻雜碳量子點的熒光量子產(chǎn)率可達(dá)14.8％。葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOx)的催化氧化下可生成葡萄糖酸和H2O2，由于產(chǎn)生的H2O2和硼摻雜碳量子點中的硼原子之間產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)，可導(dǎo)致硼摻雜碳量子點的熒光猝滅。依據(jù)這一檢測策略實現(xiàn)了對葡萄糖的定量檢測。

5、　　(2)采用簡單的水熱合成法，以四氯化硅和對苯二酚為前驅(qū)體，制備了熒光性能優(yōu)異的硅摻雜碳量子點。摻入硅元素大大提高了碳量子點的熒光效率，其量子產(chǎn)率可達(dá)19.2％。細(xì)胞毒性和生物成像實驗表明硅摻雜碳量子點毒性較低，具有良好的生物標(biāo)記能力。通過硅摻雜碳量子點與H2O2之間獨特的電子轉(zhuǎn)移可對H2O2進(jìn)行定量檢測，再利用三聚氰胺與H2O2可形成穩(wěn)定加和物這一性質(zhì)，加入三聚氰胺可使被猝滅的熒光得到恢復(fù)，從而實現(xiàn)對三聚氰胺的高靈敏性檢測。

6、　　(3)制備具有高量子產(chǎn)率和單色熒光的石墨烯量子點，將鉛離子DNA適配體與石墨烯量子點連接構(gòu)成鉛離子熒光探針。得到的熒光探針通過其和氧化石墨烯之間存在靜電引力和π-π堆積作用，自組裝到石墨烯量子點和氧化石墨烯表面從而導(dǎo)致熒光猝滅。當(dāng)目標(biāo)鉛離子存在下，鉛離子DNA適配體與鉛離子形成G-四連體結(jié)構(gòu)脫離氧化石墨烯表面，從而實現(xiàn)熒光的恢復(fù)。通過熒光“開-關(guān)-開”過程實現(xiàn)對Pb2+高選擇性、高靈敏度的定量檢測。
　　(4)通過表面修飾和元

7、素?fù)诫s方法制備了具有高量子產(chǎn)率、可調(diào)變熒光的石墨烯量子點。將DNA與石墨烯量子點鍵連構(gòu)成熒光探針，所得的熒光探針與氧化石墨烯或氧化碳納米管構(gòu)成熒光傳感平臺。由于石墨烯量子點和氧化石墨烯或氧化碳納米管之間存在靜電引力和π-π堆積作用，且氧化石墨烯或氧化碳納米管可對單鏈DNA和雙鏈DNA進(jìn)行有效區(qū)分，從而可實現(xiàn)對目標(biāo)DNA的定量檢測。
　　(5)兩種顏色不同且發(fā)射峰能進(jìn)行較好區(qū)分的石墨烯量子點分別與DNA、凝血酶適配體連接構(gòu)成雙色熒光

8、探針。所得的雙色熒光探針負(fù)載到氧化石墨烯表面，形成基于石墨烯量子點和氧化石墨烯的熒光檢測平臺。由于石墨烯量子點和氧化石墨烯之間存在靜電引力和π-π堆積作用，且氧化石墨烯可對單鏈DNA、雙鏈DNA，凝血酶適配體和凝血酶進(jìn)行區(qū)分，從而實現(xiàn)對DNA、凝血酶的單一檢測和同時檢測。
　　(6)將兩種不同顏色且發(fā)射峰能較好區(qū)分的石墨烯量子點分別與兩種不同的DNA連接構(gòu)成雙色熒光探針。所得的雙色熒光探針與氧化碳納米管構(gòu)成自組裝的熒光檢測平臺。利