硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)的制備、熒光特性及分析應(yīng)用.pdf

1、石墨烯量子點(diǎn)作為一種新興的熒光碳納米材料，不僅具有類似傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的小尺寸和熒光性能，還具有低細(xì)胞毒性、化學(xué)惰性、穩(wěn)定的熒光特性等優(yōu)點(diǎn)而備受人們關(guān)注，極有希望成為在小分子檢測(cè)和生物成像等熒光分析應(yīng)用中傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的替代物。雜原子摻雜能有效調(diào)控石墨烯量子點(diǎn)的表面化學(xué)狀態(tài)，提高熒光性能而被廣泛應(yīng)用于石墨烯量子點(diǎn)的制備過程中。本論文旨在基于硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)的熒光特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣中的鐵離子及腫瘤標(biāo)志物堿性磷酸酶的特異性熒光分析，為環(huán)境

2、的保護(hù)和腫瘤的早期診斷提供快速、精準(zhǔn)、靈敏及高效的方法。主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用了一種簡(jiǎn)單的電化學(xué)方法合成了硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)。通過施加恒電位于浸入硼砂溶液中的石墨電極，電解石墨電極獲得含有硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)的溶液，將所得溶液過濾，透析所得濾液并真空干燥后得到硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)固體，所得硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)粒徑均一，發(fā)藍(lán)色熒光，室溫下可穩(wěn)定存在數(shù)月。通過改變硼砂溶液的濃度，得到了不同硼摻雜量的硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)，進(jìn)而研究了硼摻

3、雜石墨烯量子點(diǎn)的激發(fā)波長(zhǎng)依賴和硼摻雜量依賴的熒光特性。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)熒光探針分析水樣中鐵離子含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)熒光信號(hào)的淬滅程度與水樣中鐵離子的濃度相關(guān)，但不受其他水樣中可能存在的其它金屬離子影響，故能實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵離子的特異性檢測(cè)。利用光譜分析和密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步研究了硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)與鐵離子之間的淬滅機(jī)理。分析結(jié)果顯示水樣中鐵離子的濃度在0.01-100μmol/L范圍內(nèi)時(shí)，鐵離子的

4、濃度與所設(shè)計(jì)的熒光探針的熒光信號(hào)呈線性關(guān)系，最低檢出限為0.005±0.001μmol/L，遠(yuǎn)低于WHO和EPA制定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中鐵離子的含量（0.3ppm，5.36mol/L），說明此方法在實(shí)際水樣的檢測(cè)中有巨大潛能。在三種實(shí)際水樣（自來水、地表水和湖水）的檢測(cè)中，檢測(cè)結(jié)果與EPA推薦的原子吸收光譜法所測(cè)結(jié)果基本一致。
　　(3)設(shè)計(jì)一種能夠檢測(cè)腫瘤細(xì)胞中堿性磷酸酶的表達(dá)水平的硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)熒光探針。主要原理是鈰離子與硼摻雜

5、石墨烯量子點(diǎn)表面的羧基存在強(qiáng)相互作用導(dǎo)致硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)的熒光被淬滅，當(dāng)體系中存在腺苷三磷酸，細(xì)胞（如堿性磷酸酶正表達(dá)細(xì)胞:MCF-7細(xì)胞）表達(dá)的堿性磷酸酶將催化水解腺苷三磷酸產(chǎn)生磷酸根，水解產(chǎn)生的磷酸根與鈰離子的強(qiáng)結(jié)合作用使得鈰離子離開硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)表面，硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)的熒光得到恢復(fù)，且熒光信號(hào)的恢復(fù)程度與細(xì)胞表達(dá)的堿性磷酸酶水平相關(guān)，故基于此原理建立了分析細(xì)胞中堿性磷酸酶的方法。此法能有效避免非靶細(xì)胞的非特異性吸收的雜信號(hào)