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.     

碳点的研究进展

碳点具有优良的光学特性、良好的生物相容性和低毒等优点,被广泛用于生物检测、药物传输和生物成像等领域,是极具发展潜力的碳基质材料.近年来,碳点的新型制备方法、性质探索及应用研究引起广泛关注.本文根据碳源和制备方法的不同,将碳点分为石墨烯纳米点和碳纳米点两类,综述了碳点的制备方法,剖析了碳点的发光机理,总结了碳点在生物传感、药物传输和生物成像中的应用;最后分析了碳点存在的问题及应对策略.     

异元素掺杂碳点的制备及其在生物成像中的应用

荧光碳点具有良好的生物相容性和优良的抗光漂白能力,因此碳点在生物荧光成像方面的应用潜力受到广泛关注,但是碳点相对较低的荧光量子产率和缺乏近红外荧光发射的缺陷限制了碳点在荧光成像分析中的应用.随着异元素掺杂对碳点结构和荧光性质的改善,碳点被越来越广泛地用于生物成像.本文对近年来元素掺杂碳点的合成方法、异元素掺杂对碳点光学性质的影响和元素掺杂碳点在成像分析中的进展进行了综述,并对其应用前景进行了展望.     

电化学方法调控荧光碳点的研究

作为零维碳基发光纳米材料,碳点是对现有发光纳米材料的重要补充. 精准控制粒径及表面结构对实现碳点的性质调控及其应用至关重要. 本文介绍了本课题组在利用电化学方法研究荧光碳点方面的进展. 重点展示了利用电化学方法实现对碳点粒径的控制,对表面氧化程度的调节以及对其发光机理的研究. 电化学方法可对只有几纳米厚度的材料表面进行有效的控制,可操作性强且经济环保. 通过对碳点的粒径及表面的调控,作者也进一步揭示了碳点的发光与表面结构的相关性. 这些工作为碳点的合成及其性质调控提供了可循的规律,有利于推动碳点在生物医生成像、传感检测、催化及能源转化等领域的应用.     

碳量子点上转换材料的制备及其应用研究进展

碳量子点(CQD)具有化学惰性,生物相容性和低毒性等优势,可能在能源、生物医药等领域得到广泛的应用. CQD可通过表面被聚合物(例如PEG)钝化而表现出很强的光致发光特性.在生物成像,疾病检测和药物输送中使用表面钝化后的功能化生物分子更为有效.并且碳材料由于其优异的电化学性能还展现出在催化、电子器件等许多领域广泛的应用前景.我们将对近年来碳量子点发光材料的研究进行总结,并讨论碳量子点在能源、环境和其他一些领域的应用.     

碳点的高性能化和功能化改性:方法、特性与展望

碳点作为一种新型碳纳米材料,由于其出色的光学性能、低毒性、良好的生物相容性和易修饰性而被广泛应用于各个领域。为了满足不同领域的需求,几种用以调控碳点光学性能的方法已被提出,例如杂原子掺杂、半导体量子点掺杂、聚合物钝化和改性以及主-客体构建。其中,杂原子掺杂是通过单原子或多原子引入电子给体或受体改变其相邻碳原子的电子密度来增加荧光强度;半导体量子点也可与碳点进行复合提升电子分离效率而起到荧光增强的效果;就聚合物改性而言,聚合物不仅可以对碳点表面实施钝化和功能化,而且其固态(或固化)薄膜可以提供紧密的空间促进碳点表面的辐射跃迁起到荧光增强的效果。此外,由碳点-染料和多孔材料-碳点构成的两种主要的主-客体结构中,前者不仅对碳点的荧光发射强度有着促进的作用,更使得碳点具备了显著的红/近红外荧光发射性能,后者对固态发光碳点不仅提供了可能性和设计的灵活性,且为打开碳点新的应用领域提供了机会。本文将围绕四种碳点功能化的方法逐步展开讨论,并介绍相应碳点的光学性能、发光机理和潜在应用;论述功能化碳点的研究现状,并展望功能化碳点的研究方向。     

从量子点的角度审视碳点的研究进展

碳点不仅具有类似于传统量子点的强发光和小尺寸特性,还表现出传统量子点无法比拟的水相分散性和生物相容性等优势.作为量子点领域的一个新兴分支,碳点的结构、合成化学和光电性质与传统量子点显著不同,也为量子点的发展提供了新的机遇和挑战.随着碳点领域的迅速发展和不断深化,越来越有必要在一些基本概念上与传统量子点比较,并从传统量子点的角度澄清碳点的独特特征和关键挑战.本综述主要聚焦于基本结构、合成化学、光学性质和应用研究等四个方面,从传统量子点基础概念的角度来重新审视碳点领域的研究进展和挑战.     

荧光碳点的合成、性质和应用

与传统半导体发光材料相比,荧光碳点作为一种新型的碳纳米发光材料,因其优异的生物相容性、良好的发光性能、简单的合成工艺、低廉的成本等优点而备受关注。荧光碳点在生物荧光标定、医学传感器、光诊疗剂以及发光器件等方面具有广阔的应用潜力。本文重点阐述了荧光碳点的合成方法、显微结构分析、荧光机理及应用的最新成果,希望为荧光碳点合成与应用研究的发展提供参考。     

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.     

基于碳点的发光材料在潜在手印显现中的应用

遗留在犯罪现场的肉眼不可见的潜在手印是一类重要的痕迹物证,检验鉴定前需要使用一定技术手段将其显现出来。近年来,一些新材料和新技术的引入为手印显现技术的革新注入了新活力,其中稀土发光材料、量子点、荧光金属纳米簇等发光材料在该领域展现出极大潜力。碳点作为具有良好光致发光性能的新型纳米材料,近来逐渐引起了手印显现领域研究人员的广泛关注。本文综述了两类基于碳点材料的手印显现技术国内外研究进展,分别是液体分散碳点用于手印显现和固态发光碳点用于手印显现。具体来说,液体分散碳点显现手印的原理主要基于传统小微粒悬浮液机理或一些特殊效应(咖啡环效应、界面偏析效应);用于手印显现的固态发光碳点包括固态碳点粉末和固态碳点复合粉末两类,合成这些材料时研究人员采用了不同的策略。最后,从三个方面分析了碳点在手印显现应用中面临的问题,即碳点物理形貌和表面性质、碳点光致发光性质以及碳点显现过程与化学生物分析兼容性,并就解决问题的可能途径提出了展望。