生物质基碳量子点的合成及传感成像研究进展

作为一种碳基发光纳米材料,碳量子点因其毒性低、光学性质可调、成本低廉、优异的光稳定性以及良好的生物相容性等优点,被广泛用于生物传感和生物成像等领域。目前,已经开发了众多的合成碳量子点的方法,其中,采用生物质基天然原料的绿色合成方法,可以利用天然原料或者将低价值废弃物转化为高价值生物质基碳量子点,是未来实现能源可持续发展的趋势。本文主要介绍了生物质基碳量子点的合成方法以及在传感成像领域应用的最新进展,并对生物质基碳量子点在传感成像领域的应用前景和发展方向进行了展望。     

温敏性碳量子点的快速制备、荧光性质及细胞成像应用

以草酸和尿素为碳源,超纯水为溶剂,采用微波方法快速合成了具有热敏性的氮掺杂碳量子点,对其形貌、结构、荧光性质和荧光强度的影响因素,以及细胞毒性进行了测试和讨论,并用于小鼠结肠癌细胞(CT26.WT)成像。结果表明,制备的碳量子点近似球形,粒径约3.8 nm。碳量子点具有良好的温度响应的荧光性质。在10~80℃温度范围内,相对荧光强度与温度之间存在良好的线性关系。随着温度的增加,碳量子点的荧光强度减小,温度从10℃升至80℃,相对荧光强度减少了25%,当温度反向降低时,其荧光强度恢复到原始值。碳量子点温度与荧光强度之间的线性关系,使之在温度响应的荧光传感领域具有潜在的应用价值。对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,当草酸和尿素质量比为3∶1时,荧光量子产率最高,为9.5%。另外,合成的碳量子点还具有优异的抗盐性能、强稳定性等特点,不仅能有效被CT26.WT细胞吞噬,还显示出低毒性和生物相容性,MTT分析结果表明,在1 000μg·mL~(-1)的碳量子点存在下,CT26.WT细胞存活率达85%,荧光碳量子点有望作为温敏性的荧光纳米探针在细胞研究领域得到应用。     

碳基量子点荧光传感器在环境检测中的应用研究

由于优越的光学性能、良好的水溶性及生物相容性,碳基量子点在荧光传感器方面的应用引起了越来越多人的关注,特别是对金属离子卓越的检测性能使其广泛应用于环境检测。为了帮助更好地了解到碳基量子点的应用,本文对碳量子点、石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点的合成及其在环境检测中的应用进行总结,并对碳基量子点荧光传感器的应用进行展望。     

发光碳量子点的合成、性质和应用

基于碳量子点具有良好的水溶性、化学惰性、低毒性、易于功能化和抗光漂白性等优异性能,碳量子点和其它的碳纳米材料（如富勒烯、碳纳米管和石墨烯等）同样引起了研究者广泛的关注。 碳量子点可以通过很多较为廉价的一步法进行大规模的制备,包括化学氧化法、超声法、微波法和激光烧蚀法等。 本文主要介绍了不同碳量子点的合成方法,以及依赖于碳量子点尺寸和波长等性质的发光性能,并且讨论了碳量子点在生物成像、光催化、能量转换/储存、光电子、光限幅和传感器等方面的应用。     

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.     

煤基碳量子点合成研究进展

随着纳米科学技术的出现与发展,各种纳米材料层出不穷,碳量子点以其独特且优异的性质吸引了众多研究者的关注。碳源材料对碳量子点的合成及性质有着重要影响,我国煤炭储量相对丰富,焦炭、煤焦油和煤沥青等煤基衍生物的产量也居于世界前列,煤及煤衍生物富含芳环结构,在微观结构上适宜制备碳量子点。本文主要综述了近年来以煤及煤衍生物为碳源,通过化学试剂氧化、超声和电化学氧化等方法合成碳量子点(统称为煤基碳量子点)的研究进展,阐述了煤及其衍生物作为原料的优势所在,对比分析了不同制备方法的特点,并简要介绍了煤基碳量子点的性质以及其在生物成像、金属离子检测和光催化等领域的应用,最后对煤基碳量子点的可控制备等前景进行了展望。     

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.     

碳点荧光探针的制备及其在食品分析中的应用

碳点作为一种新型荧光碳纳米材料,具有优良的光学性能和小尺寸特性,以及良好的生物相容性、低毒性以及易于实现表面功能化等特点,是潜在的可以代替传统半导体量子点等荧光探针的良好选择.基于其独特的荧光特性和高灵敏度,碳点荧光探针在食品分析领域具有很好的应用潜力.本文对近年来荧光碳点的研究进展进行了综述,简述碳点的性能并对碳点的制备方法进行总结对比,重点介绍了碳点荧光探针在食品分析领域的应用,对目前碳点应用的限制进行了分析,对其发展前景和展望.     

碳点的光电催化特性

近年来量子点研究领域不断拓展材料的范围与科学内涵.人们借用量子点的概念描述具有荧光特性的碳点.随着研究的深入,我们发现碳点不仅具有类似量子点的强发光特性,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.碳点兼具有机分子材料和零维小尺寸碳材料的性质.十多年来,碳点在电子学、光学、光电化学、催化化学、生命科学以及能源环...     

荧光碳量子点在食品分析中的研究进展

碳量子点作为一类新型的荧光纳米粒子,由于其具有优异的光学性能、低毒性、良好的生物相容性,在食品分析领域显示出巨大的应用潜力。本文介绍了碳量子点的荧光检测机理包括内滤效应、光致电子转移效应、荧光共振能量转移效应等,综述了碳量子点在食品分析中的应用,如对重金属离子、食品添加剂、食源性致病菌、农药残留、兽药残留以及食品营养成分的检测等,讨论了碳量子点技术在食品安全领域所面临的挑战和前景。     

量子点在法庭科学手印显现中的研究进展

随着纳米技术的进步,纳米颗粒正在被逐步应用到法庭科学领域的手印检验之中。近年来,半导体量子点因其良好的荧光特性而备受国内外法庭科学家的推崇,但大多数半导体量子点具有毒性,且会对环境造成污染,这些问题制约了半导体量子点在法庭科学领域中的应用。与传统有机染料和金属内核的半导体量子点相比,碳量子点具有毒性低、污染小、生物相容性优异的特点,现已应用于医学、生物、化学等多个领域。本文综述了半导体量子点在手印显现中的应用,介绍了碳量子点的研究进展,并指出碳量子点显现手印是今后法庭科学领域的重要研究方向。     

发光碳量子点的合成及应用

碳元素是地球上所有已知生命的基础.由于其具有多样的电子轨道特性(sp、sp²、sp³),因此形成许多结构和性质奇特的物质.碳量子点是2004年发现的一种新型碳材料,相对于传统的半导体量子点和有机染料,这位碳家族中的新成员不仅保持了碳材料毒性小、生物相容性好等优点,而且还拥有发光范围可调、双光子吸收截面大、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化、价廉、易大规模合成等无可比拟的优势.虽然在某些性能方面,稀土荧光纳米颗粒可以与之媲美,但是稀土元素昂贵的价格极大地限制了其在实际生产中的应用.因此,对碳量子点这一新兴领域的研究必将对材料科学的发展产生重大影响,它也会为碳家族赢得更多的荣耀.本论文的主要工作是建立了一步合成高荧光量子效率碳量子点的合成方法;对碳量子点的表面进行功能化;制备了碳量子点薄膜、块体和流体材料。     

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.     

基于Cite Space的碳量子点研究热点及趋势可视化分析

利用Cite Space软件梳理了碳量子点领域1998～2021年期间3465篇文献的主要研究信息（国家、机构、作者）,归纳了该领域的研究主题及热点。碳量子点作为一种具有良好荧光性能的碳纳米材料,在荧光检测、传感器、光催化降解等方面得到广泛应用。2011～2021年,碳量子点领域研究呈现高速发展态势。中国科学院、苏州大学及江苏大学等机构的学者在该领域的学术研究十分活跃。该领域的研究主题及热点呈现阶段性特点,2003～2007年,研究主题是碳量子点合成,研究热点是碳量子点的反应活性和转化率;2008～2012年,研究主题是碳量子点合成及发光机理,研究热点是碳量子点的光致发光机理和光催化降解;2013～2017年,研究主题是碳量子点绿色合成和传感器应用,研究热点是碳量子点传感器和检测应用;2018年至今,研究主题是碳量子点传感器以及复合碳量子点材料对有机污染物的光催化降解性能,研究热点是碳量子点在生物传感器,生物检测等领域的应用开发。     

水相一步法合成具有双光子效应的高效橙红荧光聚合物碳点

聚合物碳纳米点是近年来新兴的一种荧光纳米探针,具有较低的生物毒性、良好的水溶性、较高的量子产率、优异的光/化学稳定性以及良好的生物相容性.目前所制备的碳点大都表现出蓝、绿色荧光发射.为实现碳点长波荧光发射,扩大其在生物标记与成像及光电显示方面的应用,本文采用水相一步法交联聚合反应制备了具有橙红荧光发射性质且具有双光子效应的聚合物碳点,发射波长为604 nm,荧光量子产率达到30.64%,并且应用在生物活体成像中.     

碳量子点标记的硼替佐米缓释制剂的合成与应用

硼替佐米的肽硼酸与壳聚糖的羟基发生酯化反应生成肽硼酸酯,即得到硼替佐米-壳聚糖复合物;然后,该复合物中壳聚糖的氨基与碳量子点表面羧基发生静电吸附作用,将碳量子点吸附进入壳聚糖体系内,进而得到硼替佐米-壳聚糖-碳量子点复合纳米粒载体.此产物具有生物相容性、无毒副作用、荧光示踪及pH敏感等性质,在生物传感、生物医用材料、功能纳米材料,尤其是药物载体或制剂的控制释放方面,具有重要的研究意义和应用价值.     

碳点的性质及其在化学发光分析中的研究进展

碳点是一种新型的荧光碳纳米颗粒,与传统的半导体量子点相比,碳点具有毒性低、生物相容性好、原料丰富廉价、光稳定性好等特点,得到引了化学、材料和生物等各领域科学家的高度关注。 本文介绍了碳点的基本概念和性质、探讨了碳点在化学发光领域的应用研究进展并进行了展望。     

水热炭化制备碳量子点及其应用

碳量子点作为新兴的“零维”碳纳米材料引起人们广泛的关注。水热炭化法是目前为止应用最广泛的碳量子点合成方法之一。水热炭化合成碳量子点取材广泛、过程简单,其最大的特点是合成的碳量子点表面含有丰富的含氧官能团,水溶性优异,在制备过程中即可对碳量子点进行表面功能化改性。此外,水热法合成的碳量子点具有石墨或无定形结构的碳核。水热碳量子点的结构和性质主要受原料种类及制备条件（水热炭化温度、时间及化学添加剂）的影响,产物在光催化技术、分析检测、活体成像和细胞标记、发光二极管（LED）及药物输送等领域展示出较好应用效果。本文综述了水热碳量子点的制备、性质、形成机理（包括原料的脱水、聚合、炭化及钝化过程）及发光机理（表面缺陷态效应和量子尺寸效应）,并对水热碳量子点的应用进行了总结。最后,对水热碳量子点发展过程中尚待解决的问题进行总结,对其未来的发展方向进行了展望。     

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.     

硫量子点的合成及其分析应用研究进展

硫量子点是近年发展起来的一类新型纳米荧光探针,该荧光探针具有优异的发光特性以及良好的生物相容性,受到研究者的广泛关注.本文在总结硫量子点合成方法及光学性质的基础上,系统介绍了其在离子及小分子分析、细胞成像等方面的应用研究进展.