基于碳点与适配体的荧光生物传感器制备与应用

近年来,基于碳点与适配体构建的荧光生物传感器引起了人们强烈的兴趣.与传统荧光染料、半导体量子点及稀土荧光材料相比,以碳点为荧光基元的生物传感器荧光稳定性更好,毒性更低,价格更便宜,在环境监测、生物成像及生物医疗方面有着广泛的应用前景.本文对基于碳点与适配体构建的荧光生物传感器发展现状进行了系统的总结,包括碳点与适配体介...     

全彩色碳量子点的制备及其在WLED上的应用

荧光碳量子点是一种新型的、有前途的光致发光纳米材料。由于其多样的理化性质和独特的光学特性,低成本、生态友好、丰富的功能基团等优势,在生物成像、光电器件、光催化、离子检测、靶向药物输运等领域有广阔的应用前景。发光二极管(LED)多年来一直是学术研究的热点,广泛应用于液晶显示、全彩显示和日常照明设备中。许多荧光材料已经被应用于LED的研制;纳米荧光碳量子点因其具有荧光发射波长可调、发光性能稳定、环境友好、原材料丰富、成本低廉等优点在光电器件方面有着极大的应用前景。但目前碳量子点的可控制备依然是个挑战,大多数碳量子点的荧光发射波长主要集中在蓝、绿光波段,且量子产率偏低,限制了碳量子点在该领域的发展。因此,合成覆盖全光谱的荧光碳量子点并简单分析其发光机理可以极大地推动碳量子点在白光LED领域的应用。以柠檬酸三胺为前驱体,以多种低毒、廉价的酸试剂为修饰剂,采用一步溶剂热法成功制备了全色荧光碳量子点,并用荧光光谱仪、透射电镜、 X射线衍射仪、拉曼光谱仪、 X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪对制备的碳量子点进行了表征分析。结果表明,所制备的碳量子点尺寸均匀,分散性好,发射...     

量子点的荧光特性在生物探针方面的应用

量子点具有传统有机荧光染料无可比拟的光学魅力,在生物医学及材料领域已引起广泛的兴趣,许多科学工作者在量子点用于生物学领域方面已经取得一定进展。目前,量子点最有前途的应用领域是在生物体系中作为荧光标记物。通过观察量子点标记分子与靶分子相互作用的部位,及其在活细胞内的运行轨迹,可能为信号传递的分子机制提供线索,从而为阐明细胞生长发育的调控及癌变规律提供直观依据。文章介绍了量子点研究生物大分子之间的相互作用、生物大分子荧光标记、细胞及生物组织的荧光标记与成像以及活体成像等方面的应用。并概述了纳米量子点作为生物荧光探针的应用前景以及亟待解决的问题。     

基于明胶制备碳量子点及其光学性能的研究

通过水热法采用热解明胶制备出有蓝色荧光的碳量子点,并通过单因素优化实验对制备碳量子点的温度、时间进行优化以选择出制备碳量子点的最佳条件,结果表明在水热反应温度为200 ℃,反应时间为6 h时制备的碳量子点的荧光性能最强。同时,利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Ｘ射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV)及荧光光谱(PL)等手段对最佳条件下制备的碳量子点进行测试与表征,结果表明,该方法制备的碳量子点量子产率为39.4%,与不掺杂的碳量子点相比其量子产率相对较高,这可能是因为有N元素的存在使得量子产率有所提高;所制备的碳量子点不仅具有丰富的含氧官能团而且抗光漂白性能良好,形态主要是均匀分散的球形,没有明显的晶格条纹,这与相关文献报道的碳量子点的形态相一致,其在250～300 nm有较弱的吸收,但无明显的特征吸收峰,这可能是由于C=O基团的n-π*跃迁引起的;此外,还讨论了氙灯照射时间、pH、碳量子点浓度、不同类型溶剂及离子强度等因素对碳量子点荧光性能的影响,研究结果表明,氙灯照射时间及离子强度对碳量子点荧光性能几乎无影响,在过酸或过碱的条件下其荧光强度相对较弱,原因可能是在过酸或过碱的条件下发生质子化或非质子化的作用导致其荧光强度减弱;且碳量子点溶液随着其浓度的增加,荧光强度先增加后减小;而对于溶剂类型而言,其在极性溶剂中的荧光强度大于其在非极性溶剂中的荧光强度,说明该方法制备的碳量子点具有良好的水溶性。     

氮掺杂发光碳纳米点的研究探索

采用微波法制备了氮掺杂碳纳米点。通过调控碳纳米点中氮元素的掺杂含量和表面的化学环境,实现了对碳纳米点发光特性的调控。在此基础上,可实现完全基于氮掺杂碳纳米点的荧光墨水、比率型荧光探针及光泵浦激光。研究目的在于探索氮掺杂碳纳米点的发光机理,揭示影响碳纳米点荧光量子效率的因素及其在生物成像、传感、防伪、信息存储、激光等领域的应用。     

pH响应型碳点的荧光机制和生物医学应用

碳点(CDs)作为一种新型的零维碳基纳米材料,由于其优异的荧光性质、良好的生物兼容性、低细胞毒性以及丰富的表面官能团等性质,在荧光传感和生物医学领域具有巨大的应用潜力。特别是针对肿瘤弱酸性的微环境特点,设计pH响应型碳点来实现对肿瘤的特异性治疗将尤为重要。本文对近年来基于pH响应型碳点的研究工作进行了系统的调研,综述了pH响应型碳点的荧光机制及其在pH传感、生物成像及癌症治疗等生物医学领域的应用,并对pH响应型碳点目前面临的主要挑战以及未来发展的方向进行了展望。     

2019年5期 电子期刊

碳纳米点（碳点）是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

氮掺杂碳点的合成与应用

碳纳米点(碳点)是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

荧光碳量子点在药物分析中的应用研究进展

碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)作为一种新型的荧光碳纳米材料,具有原材料来源广泛、制备简单、易操作、灵敏度高、发光性能优异和易可视化等优势,近年来在药物分析和生物小分子检测方面极具应用潜力.本文主要综述了CQDs作为荧光传感器在部分抗菌药物、抗炎药物、抗肿瘤药物、多种维生素以及一些药物小分子...     

柿子叶制备碳量子点的光谱性质及对Fe3+的荧光探针

碳量子点作为碳纳米材料中的新成员,具有较高的光学稳定性、低毒性、良好水溶性、原料来源广泛、制备方法多样等多种优点,在分析检测、生物标记、光催化降解以及环境监测等领域具有广泛的应用前景,对碳量子点的研究引起了国内外学者极大兴趣。水中Fe³⁺含量的超标会对生活饮用和工业生产造成一定的危害,所以准确快速地检测水中Fe³⁺的含量,对人体健康具有重要的意义。目前,对Fe³⁺进行检测的方法有伏安法、荧光光谱法、电化学法以及火焰原子吸收光谱法等,其中荧光光谱法具有快速响应和方法简便的特点,比其他方法更有优势。以柿子叶为碳源,采用水热法制备了发蓝绿色荧光的碳量子点,通过X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱等技术对碳量子点的结构、微观形态和光谱学性质进行了详细表征。柿子叶制备的碳量子点呈现为分散均匀的球形颗粒,颗粒平均直径大约5.9 nm,碳量子点颗粒表面具有丰富的含氧官能团,在277 nm有明显的紫外吸收,可归因于CO的n→π^*跃迁。碳量子点的发射波长和荧光强度具有明显...     

氮掺杂碳量子点的合成及作为荧光探针对Hg~(2+)的检测

与传统量子点相比,碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料,由于其良好的生物相容性、易于表面功能化、低毒性等优点受到了广泛关注。采用柠檬酸为碳源,氨水为氮源,热解法制备出水溶性好的氮掺杂碳量子点(NCDs)。透射电镜(TEM)观察NCDs的粒径在3nm左右;X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FIIR)证明NCDs的表面被羧基、氨基、羟基、羰基等官能团功能化,说明NCDs有很好的水溶性。研究还发现Hg~(2+)对NCDs的荧光有良好的猝灭作用,可作为荧光探针检测水中Hg~(2+)含量。在PBS缓冲液中(0.1mol·L~(-1) pH 7.0),NCDs的荧光猝灭率(F/F0)与汞离子浓度在0.001~0.1μmol·L~(-1)之间存在良好的线性关系,检出限为2.1nmol·L~(-1)。该方法灵敏度高、选择性好、方法简便,可应用于Hg~(2+)快速、灵敏的检测。     

氮掺杂高量子产率荧光碳点的制备及其体外生物成像研究

为获得高量子产率的碳点,以柠檬酸为碳源,苯二胺的3种同分异构体为氮源,采用两步溶剂热法制备了氮掺杂荧光碳点。利用透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,并考察了碳点的细胞毒性和体外生物成像。实验结果表明:3种高量子产率碳点(Y=52%,60.4%,53.2%)的粒径均一,具有较好的分散性,平均尺寸分别为4.5,5.3,5.2 nm。碳点表面含有羟基、羧基、胺基等基团,在紫外光激发下均能发出明亮的蓝色荧光,并具有稳定的荧光性能。细胞实验表明:3种碳点具有较好的生物相容性,能够快速进入细胞并成功应用于细胞的荧光成像。     

Live Cell Imaging With Biocompatible Fluorescent Carbon Quantum Dots Derived From Edible Mushrooms Agaricus bisporus,Pleurotus ostreatus,and Suillus luteus

In the study, fluorescent imaging of live cells was performed using fluorescent carbon quantum dots derived from edible mushrooms species; Agaricus bisporus, Pleurotus ostreatus, and Suillus luteus as a fluorophore agent. Carbon quantum dots were synthesized through a facile and low-cost method based on microwave irradiation of dried mushroom samples in hydrogen peroxide solution under optimized conditions (microwave energy, solution type, duration of microwave treatment, amount of mushroom). Upon purification with centrifugation, microfiltration, and dialysis, the lyophilized carbon quantum dots were identified through UV–visible, fluorescence and FT-IR, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy, and quantum yield calculation. Cell viability assessment of the carbon quantum dots was evaluated against human epithelial cell line PNT1A using the Alamar Blue Assay. In vitro fluorescence cell imaging studies demonstrated that the carbon dots could dynamically penetrate the cell membrane and nuclear membrane and localize in both the cytoplasm and the nucleus.

     

一步微波法合成碳点及其荧光性质研究

近年来合成水溶性的荧光碳点受到越来越多研究者的关注。相对于传统的镉基、硅基量子点和有机染料,碳点毒性低,性质稳定,可以进行化学修饰,并且可以和多种有机,无机,生物分子相容,在众多领域中得到广泛应用。以抗坏血酸为原料经过一步微波反应制备了荧光碳点。并通过X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),紫外-可见吸收光谱,荧光光谱,傅里叶红外光谱(FTIR)进行表征。结果显示以抗坏血酸为原料制备的碳点近似球形,大小均匀,分散性良好,无团聚现象,荧光强度大;表面富含羧基和羟基,发射波长依赖于激发波长,并且具有很强的亲水性。在pH 3～11的范围内具有良好的荧光性能。     

基于Schiff碱反应的新型碳量子点制备及其影响因素研究

通过简便水热合成方法,以戊二醛(GA)与3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的Schiff碱反应制备了新型碳量子点。该碳量子点为直径2~7 nm的球体,激发波长为350 nm时,最大发射峰位于400 nm,量子产率为13.6%。实验表明,碳量子点的最佳制备条件是APTMS与GA的量比为1∶2,在180℃下加热8 h。碳量子点在p H=6.0磷酸缓冲液中的荧光强度最大,且荧光强度随测定温度(273~303 K)的升高而降低。     

N掺杂碳量子点光稳定剂的制备及光学性能

利用水热反应,以柠檬酸为碳源制备碳量子点,再以2,2,6,6-四甲基哌啶胺为修饰剂,使碳量子点表面的含氧基团与2,2,6,6-四甲基哌啶胺反应,实现了碳量子点的功能化。实验结果表明,修饰后的碳量子点紫外吸收和蓝色荧光发射特性明显优于未修饰的碳量子点。修饰后的碳量子点平均粒径为3.16 nm,荧光量子产率为21.2%,水溶性好,颜色浅,可作为高得率浆纸张的光稳定剂使用,并能提高纸张初始白度3ISO%~4ISO%。随着自由基捕获剂基团的引入,碳量子点能有效捕获纸张因光照而产生的活性自由基,提高了纸张的耐光性。     

适配体传感法快速测定啤酒中赭曲霉毒素A

应用自组装方式,构建了金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点荧光传感赭曲霉毒素A高灵敏检测方法。在pH 3.0酒石酸-HCl缓冲溶液中,巯基修饰的赭曲霉毒素A核酸适体在金纳米粒子表面自组装,形成金纳米粒子/核酸适体复合物,再在pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液中,氨基碳量子点在金纳米粒子/核酸适体复合物上自组装,形成金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系。金纳米粒子的摩尔吸光系数大、能带宽使其具有强烈的荧光猝灭功能,氨基碳量子点形成金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点后发生荧光猝灭, 此时体系的荧光为背景荧光,其强度记为F₀;由于金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系中核酸适体对赭曲霉毒素A具有特异性识别与结合功能,向金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系溶液中加入赭曲霉毒素A后,赭曲霉毒素A则与复合物中核酸适体立即发生特异性结合并释放出氨基碳量子点,体系荧光恢复,其荧光强度记为F。依据体系荧光强度的变化(F-F₀)与赭曲霉毒素A浓度之间的关系,建立赭曲霉毒素A核酸适体荧光传感检测方法。研究了金纳米粒子和核酸适体摩尔比、孵化时间、pH等因素对传感器性能的影响,确定了最优条件为金纳米粒子∶核酸适体t为1∶190、孵化时间为6 min、pH 7.0时;在最优条件下,赭曲霉毒素A浓度在0.005～1.00 ng·mL-1范围与体系荧光强度变化呈良好线性关系,线性回归方程为：F-F₀=6.499+211.6c(c为赭曲霉毒素A的浓度,单位：ng·mL-1),相关系数r为0.995 5,按3倍标准差与工作曲线的斜率的比值(3σ/k)计算,得检测限为3 pg·mL-1。在实际样品中的回收率在93.3%～108.9%,相对标准偏差小于5%,能满足啤酒样品中赭曲霉毒素A快速检测要求。对13个市售啤酒样品进行检测,其中6个样品检出赭曲霉毒素A,污染率为46.15%。受污染样品的赭曲霉毒素A含量在0.008～0.63 ng·mL-1范围。该荧光传感法检测赭曲霉毒素A具有灵敏性好、特异性高、常见真菌毒素无干扰、方法简单、快速,便于大众化推广应用的优点。     

氧化锌量子点和碳量子点及其复合物的制备与发光性能的研究

采用溶胶凝胶方法和水热法制备了水溶性荧光氧化锌量子点(Zn O-QDs)和碳量子点(C-QDs),其量子效率分别达到38%和61%。基于所合成的Zn O-QDs和C-QDs制备了氧化锌和碳量子点复合物(Zn O/CQDs),并分别对其发光特性进行了研究。透射电镜(TEM)图像表明,所合成的Zn O-QDs和碳量子点尺寸分布在3~6 nm之间,分散均匀。光致发光光谱表明,Zn O-QDs和碳量子点的发光峰中心分别位于540 nm和450 nm,两者发光峰的最佳激发波长为370 nm和350 nm。通过调整Zn O-QDs和C-QDs的体积比,所制备的Zn O/C-QDs能够实现荧光光谱的连续可调,并产生了白色荧光。     

壳聚糖基聚合物碳点荧光材料合成及其自组装载药应用

荧光碳点具有化学稳定性好、毒性小、可表面功能化等优点,引起了人们极大的兴趣。近年来,由高分子多糖合成的聚合物碳点成为另一研究热点。本文通过水热法合成了一种壳聚糖基荧光聚合物碳点材料（P（CS-g-mPEG-CA）CDs）,并用于载药研究。基于壳聚糖和聚乙二醇既是碳点的碳源也是碳点的钝化试剂,本文选择壳聚糖接枝聚乙二醇单甲醚和柠檬酸衍生物作为聚合物碳点的碳源,以提高聚合碳点的量子产率。另外,聚合物碳点还可以保留聚乙二醇与壳聚糖分子结构,为其在载药方面的应用提供有利条件。采用红外光谱、紫外光谱、X射线衍射、光电子能谱、透射电子显微镜和光致发光光谱对P（CS-g-mPEG-CA）CDs进行了结构表征以及pH值稳定性的测试。结果表明,所合成的P（CS-g-mPEG-CA）CDs具有较高的荧光量子产率（66.81%）、较长的荧光寿命（15.247 ns）、良好的pH稳定性。以阿霉素为模型药物,利用该聚合物碳点进行了负载研究,结果表明,当聚乙二醇单甲醚取代度为11.9%时,聚合物碳点的载药量最高为51.3%,最大药物释放率为28.7%,此外,药物的装载和释放可以通过mPEG的接枝率进行控制。采用MTT法评价了聚合物的碳点对鼻咽癌细胞（CNE-2）的毒性作用。研究表明,空白聚合物碳点无明显细胞毒性,CNE-2细胞存活率随着载药胶束的增加而降低,说明载药胶束对CNE-2细胞有较强的抑制作用。可见该P（CS-g-mPEG-CA）CDs在荧光标记、药物递送、荧光示踪系统和控制释放方面,具有一定的应用前景。