关于碳点性能提升的研究进展

与传统半导体量子点相比,碳点(CDs)由于具有较强的抗光漂白性,可调的发光性能,低毒性和良好的生物相容性而引起研究者的极大兴趣。合成CDs的方法主要包括自上而下法和自下而上法。传统合成方法所制备的裸CDs由于量子产率较低,CDs形成机制不明确,应用也受到一定限制。合成过程中或合成后的修饰可有效提高CDs的量子产率和荧光性能,从而拓宽其在生物成像、探针、光催化剂、生物药物载体、光电材料等领域的应用。本文将对近年来有关CDs的几种修饰方法:形成金属纳米粒子-CDs复合物、杂原子掺杂和表面功能化的理论研究及应用加以综述,并对当前需要解决的问题以及今后的研究发展方向进行了探讨。     

碳点的性质及其在生物传感器领域的应用

碳点(carbon dots,CDs)作为一种具有优良生物相容性、低毒性和表面功能可调的新型碳基纳米材料,在生物传感领域具有极大的应用潜力.本文对碳点的生物效应、发光性质及其发光机理进行了简述,并根据传感机制的不同,将CDs在生物传感领域的应用分为荧光(fluorescence,FL)传感器、电致发光(electrochemiluminescence,ECL)传感器以及化学发光(chemiluminescence,CL)传感器三类进行综述.最后分析了CDs目前在生物传感器领域应用中存在的问题,并对其发展进行了展望.     

碳量子点的合成与应用

近年来,由于碳纳米材料具有高的催化活性以及好的稳定性等优点,其在科学、工程以及商业领域都得到了广泛的应用。其中新型"零维"碳纳米材料--碳量子点(carbon dots, CDs)具有荧光信号稳定、无光闪烁、激发波长和发射波长可调控等独特的光学性质,以及生物毒性小和生物相容性好等优势,逐渐成为碳纳米材料的研究热点,广泛应用于生物成像、生物细胞标记、传感器、光催化、太阳能电池以及发光元件等领域。本文主要综述了CDs的不同合成方法(包括自上而下法和自下而上法)及其应用。     

荧光碳点的合成及其在绿麦隆检测中的应用研究

提出了一种以草木炭为碳源,采用一步水热法合成荧光碳点(CDs)的方法,并将所合成的CDs应用于农田水中绿麦隆的检测。探究了草木炭添加量、过氧化氢浓度、反应p H值、水热温度、水热时间等因素对合成CDs的影响。所合成的CDs最大激发和发射波长分别为340 nm和450 nm,发射光谱随激发波长的增大基本无红移。傅立叶红外光谱结果表明:CDs表面存在大量羟基(—OH)和羧基(—COOH)基团。绿麦隆对合成的CDs表现出选择性荧光猝灭,可应用于绿麦隆的检测。该方法对绿麦隆测定的线性范围为0. 15~3. 15mg·L~(-1),相关系数(r~2)为0. 999 3,检出限为0. 05 mg·L~(-1)。方法用于实际样品分析,加标回收率为93. 3%~112%,相对标准偏差(RSD)不大于4. 9%。实验考察了与绿麦隆结构相似的农药和常见阴阳离子对CDs荧光强度的影响,并对绿麦隆对碳点的猝灭机理进行了探讨。     

基于碳点的即时测试方法的研究进展

即时测试(PoCT)方法的应用满足了食品、检疫、临床等多方面的快速、准确、简便的检测需求。碳点(CDs)作为一种新型的纳米材料,因易于制备、粒子尺度小、生物相容性好、低毒而被广泛应用于各种PoCT方法中。基于此,介绍了CDs的制备方法和表征方法,从食品安全、检疫与临床检测方面综述了CDs在PoCT中的应用,并对基于CDs的PoCT方法的发展进行了展望(引用文献95篇)。     

三种不同元素掺杂的碳点与DNA相互作用及其机制研究

碳点(carbon dots,CDs)在材料学及生物医学相关领域的研究已引起科研人员的广泛关注.本文采用一步水热法,制备了三种具有不同元素掺杂的CDs、N-CDs、N,S-CDs,并结合多种光谱法、熔链温度法和黏度法,系统地研究了三种不同元素掺杂的碳点与ctDNA结合模式以及结合能力的差异.荧光实验证明三种不同性质的碳点CDs、N-CDs、N,S-CDs与ctDNA的相互作用模式为沟槽结合,结合力主要为氢键和范德华力,并伴随着轻微的静电作用力.在强电解质和变性剂的存在下,会减弱碳点与ctDNA之间的沟槽结合.圆二色光谱实验和红外光谱实验反映了碳点与ctDNA的沟槽结合作用并不会明显改变ctDNA的构象.与未掺杂的碳点(CDs)相比,氮硫元素的掺杂可使N,S-CDs与ctDNA的沟槽结合能力减弱,但是加大碳点表面电荷,可增强N-CDs与ctDNA的结合.这一结论为碳点的设计及其在生物医学领域中的应用提供了理论参考.     

荧光碳点对生物体液中姜黄素的检测及细胞成像

本文以廉价易得的橘皮和柠檬酸为原料，通过一步水热法合成荧光碳点(CDs)。对CDs的形貌、结构、元素组成和光学性能等进行了表征，考察了离子强度、光稳定性和储存时间对CDs的影响。所合成CDs为粒径约为4 nm的类球形结构，具有较好的稳定性。通过对CDs与姜黄素(CM)检测体系的选择性实验，发现常见的离子及氨基酸对CM的检测几乎无影响。基于CM对CDs选择性荧光猝灭的现象，构建了检测姜黄素的荧光探针。在最佳实验条件下，该探针对CM检测的线性范围为5～40μmol/L,检出限为9.7 nmol/L。探讨了CDs和CM作用机理，发现其主要是静态猝灭。该CDs应用于健康人体体液(血液、尿液)中微量CM的测定，其加标回收率为104.0%～115.0%。橘皮合成碳点可用于A549细胞进行成像，并表现出低细胞毒性。实验结果表明，该CDs在CM的分析检测以及细胞成像中具有较好的应用价值。     

高稳定性黑米碳点的绿色合成及其细胞成像应用

以绿色廉价的黑米为碳源,采用简单的水热法一步合成了碳点(carbon dots,CDs)。所合成的CDs不仅对pH、NaCl溶液和温度变化不敏感,并且不受多种金属离子的影响,表现出优异的稳定性。同时,CDs在较短波长范围(410~470 nm)表现出激发不依赖的发射行为,在较长波长范围(470~510 nm)又表现出弱激发依赖的发射行为。由于其优异的荧光特性、稳定性和低毒性,我们将其应用于人口腔角质形成细胞(Hok)、宫颈癌细胞(Hela)和骨髓间充质干细胞(MC3T3)的体外成像。     

碳点在食品安全检测中的应用

综述了碳点(CDs)的荧光性质(包括荧光产生机理、激发光/酸度依赖性、化学稳定性、抗光漂白性和上转换荧光)、合成方法(水热合成法、溶剂热法、超声波振荡法和微波消解法),重点讨论了其在食品安全检测中的应用,包括对重金属离子、合法和违禁食品添加剂、农药和兽药残留、食品中营养成分和病原体的检测,并对CDs发展趋势进行了展望(引用文献86篇)。     

高稳定性黑米碳点的绿色合成及其细胞成像应用

以绿色廉价的黑米为碳源,采用简单的水热法一步合成了碳点(carbon dots,CDs)。所合成的CDs不仅对pH、NaCl溶液和温度变化不敏感,并且不受多种金属离子的影响,表现出优异的稳定性。同时,CDs在较短波长范围(410~470 nm)表现出激发不依赖的发射行为,在较长波长范围(470~510 nm)又表现出弱激发依赖的发射行为。由于其优异的荧光特性、稳定性和低毒性,我们将其应用于人口腔角质形成细胞(Hok)、宫颈癌细胞(Hela)和骨髓间充质干细胞(MC3T3)的体外成像。     

叶酸修饰的碳量子点在体外癌细胞成像中的应用

具有癌细胞靶向性的荧光纳米探针在生物分析、生物医学和临床诊断等领域有着重要的应用前景。 本文基于碳量子点的低毒性、低成本、环境友好、制备方法简单及高发光特性等优点,采用水热法合成了表面富含氨基的荧光碳量子点(CDs),进一步通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)缩合的方法,将叶酸(FA)分子中的羧基与其共价连接,从而得到叶酸共价修饰的碳量子点复合材料(FA-CDs)。 通过将该复合材料分别与海拉(Hela)和小鼠胚胎成纤维(NIH-3T3)细胞共培养,发现该复合材料能够特异性识别并标记癌细胞,且制备的该复合材料具有低毒性和高发光性等优点。 该工作对癌细胞的早期诊断具有重要意义。     

超声法一步合成生物相容的黄绿色荧光碳点

本文以蜡烛灰为碳源,在强酸环境中超声法一步合成了粒径均匀的荧光碳点（CDs）,粒径（3.47±1.81）nm,在紫外灯照射下发出黄绿色荧光.研究表明,CDs表面带有-OH、C=O和-COOH等官能团,存在sp3杂化和sp2杂化两种碳原子.所合成的碳点具有良好的耐光漂白能力和生物相容性,能潜在地作为黄绿色荧光成像试剂应用于细胞成像.     

碳点/银复合结构的制备及可见光催化性能

分别采用原位复合和简单混合方法制备了碳点/银(CDs/Ag)复合结构.原位复合的CDs/Ag对光的吸收和对亚甲基蓝的降解都高于简单混合的CDs/Ag.研究了H2O2和碳点荧光强度对CDs/Ag原位复合结构的影响.结果表明,H2O2的加入量会改变CDs/Ag原位复合结构的形貌与光吸收,从而导致不同的光催化性能;用强荧光发射的碳点原位制备的CDs/Ag复合结构具有更好的光吸收特性和更高的光催化活性.CDs/Ag原位复合结构具有高催化活性是由于碳点与纳米银间形成了强化学键,有利于等离子共振效应发生,从而促使了光的吸收及能量转化效率的提高.     

碳点的制备及在荧光分析中的应用

综述了碳点的制备方法、碳源材料以及碳点在荧光分析中的应用(包括生物成像、生物分子检测和金属离子检测)。碳点的合成方法包括自上而下法(电弧放电法、激光消融法、电化学合成法和酸氧化法)及自下而上法(微波法、水热法和超声法),并对碳点的发展前景进行了展望(引用文献79篇)。     

荧光碳点在分析传感中的应用进展

荧光碳点（CDs）是2004年发现的一种新型碳基纳米材料,呈球形、粒径在2～10 nm左右,具有优异的荧光性能、易于功能化修饰、抗光漂白性强、环境危害低、生物相容性好以及合成原料来源丰富等特点,被认为是有机荧光染料和半导体量子点的最佳替代品,在光电学、光催化、化学传感和生物成像等领域有着广阔的应用前景。本文主要介绍了CDs作为化学传感器的荧光检测机制,重点总结了近年来CDs在离子、有机小分子以及生物大分子检测等方面的应用,以期为荧光纳米探针的设计与应用提供理论和研究依据。     

基于天冬氨酸与纤维素碳点材料的合成与性能研究

以羟乙基纤维素为碳源,L-天冬氨酸为氮源,通过一步水热合成法制备氮掺杂碳量子点(CDs)材料.利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、荧光分光光谱仪(FS)和紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)对产物进行表征分析,研究了不同氮掺杂含量和氧气对CDs的光致发光性能的影响.结果表明:制备得到的CDs材料表面富含O和N原子;掺杂N原子有效提高了CDs的荧光强度,且荧光强度随着激发波长的增大,呈现先增强后减弱的趋势;其中荧光量子产率最高达到27.5%;CDs材料在无氧环境下的荧光强度要比有氧环境下的大,表明氧气的存在对碳量子点材料表面荧光有猝灭作用.     

一锅法高效制备橙色荧光氧化石墨烯量子点及其在细胞pH成像中的应用

以价廉、易得的石墨片为原料,采用改进的Hummers法,简单、快速、高效地制备了具有良好生物相容性的橙色荧光氧化石墨烯量子点(GOQDs)。所制备的GOQDs尺寸约7.2 nm,具有尺寸均匀、晶格间距为0.20 nm的高度结晶的核心和氧化的外围结构。与大多数报道的碳点(CDs)、包裹掺杂碳点(掺杂CDs)、石墨烯量子点(GQDS)和GOQDs不同,我们的方法制备的GOQDs显示出橙红色并具有激发波长独立的荧光发射。此外,GOQDs具有pH依赖性荧光发射、强的光漂白抗性、低细胞毒性、良好的水溶性(ρ=10 mg·mL^-1)和优异的生物相容性。这些特性使其成功应用于细胞pH成像。     

碳量子点诱导的多形碳酸钙粒子矿化及其形成机理

以在不同的热处理温度下合成的具有可变化学结构的碳点(CDs)为添加剂调控合成矿物碳酸钙。在室温条件下合成了花生状、哑铃状和球形碳酸钙颗粒。用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、荧光光谱仪(PL)和X射线衍射仪(XRD)对样品进行了表征,详细研究了碳酸钙双球粒子的生长过程。CDs表面随处理温度可调变的极性官能团(主要为羧基、醛基、羟基等)被认为是导致合成碳酸钙粒子形貌变化的原因。对碳酸钙双球粒子的生长机理研究表明,Ostwald成熟和定向聚集机制是在CDs存在下最终双球粒子形貌形成的驱动力。     

一锅法高效制备橙色荧光氧化石墨烯量子点及其在细胞pH成像中的应用

以价廉、易得的石墨片为原料,采用改进的Hummers法,简单、快速、高效地制备了具有良好生物相容性的橙色荧光氧化石墨烯量子点(GOQDs)。所制备的GOQDs尺寸约7.2 nm,具有尺寸均匀、晶格间距为0.20 nm的高度结晶的核心和氧化的外围结构。与大多数报道的碳点(CDs)、包裹掺杂碳点(掺杂 CDs)、石墨烯量子点(GQDS)和 GOQDs不同,我们的方法制备的 GOQDs显示出橙红色并具有激发波长独立的荧光发射。此外,GOQDs具有pH依赖性荧光发射、强的光漂白抗性、低细胞毒性、良好的水溶性(ρ=10 mg·mL^-1)和优异的生物相容性。这些特性使其成功应用于细胞pH成像。     

碳点在样品前处理及色谱分离中的应用

碳点（CDs）具有生物相容性好、毒性低、稳定性好等优点,目前已广泛应用于生物成像、传感、光催化等领域。近年来,以CDs为吸附剂和分离材料的样品前处理和色谱分离研究也引起了研究者的极大兴趣。该文对CDs在样品前处理和色谱分离中的应用进行了综述,并对其发展前景进行了展望。