基于超级碳点的水致荧光“纳米炸弹”

介绍了一种发光性质依赖于水接触的新型纳米发光材料--基于超级碳点的发光"纳米炸弹"。在甲苯溶液中, 这种"纳米炸弹"光致发光很弱;当遇见水后, "纳米炸弹"分解为小的碳点, 光致发光显著增强。将"纳米炸弹"与纸复合可应用在喷水荧光打印和汗孔成像。目前, 大部分智能荧光材料存在光稳定性差, 潜在的生物毒性, 制备成本高, 或与传统喷墨打印不兼容等缺点。本文报道的碳基纳米材料没有(或很少有)这些缺点, 并可实际应用在光信息存储, 司法鉴定和医疗检测等领域。     

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。     

发光碳纳米点的带隙调控及应用

碳点作为一种新型的碳基荧光纳米粒子由于其可调谐发光、高光稳定性、生物相容性和低成本等独特优势而引起了很多关注。在过去的十几年中,碳点的制备和应用取得了巨大进展。然而,由于前体和合成方法的多样性,碳点的光致发光机理具有很大争议。现在人们普遍认为,碳点的光致发光源于电子在带隙的跃迁,并将荧光起源分别归结为碳核跃迁(π-π~*)、表面态跃迁(n-π~*)以及分子荧光团等。本文总结了碳点发光起源的几种可能和机制,分别讨论了通过调控碳点粒径以及进行表面工程处理的方法来实现碳纳米点带隙可调控的高效发光。介绍了通过表面工程、元素掺杂等手段提升碳纳米点光致发光量子产率及其在光电器件、信息存储、生物成像、光热治疗以及光动力治疗中的应用。     

基于氮掺杂碳量子点/DNA自组装纳米探针检测鱼精蛋白

将柠檬酸置于单乙醇胺中,通过简单加热实现快速、大规模的合成氮掺杂荧光碳点。所得氮掺杂碳量子点被370 nm 的光激发后在458 nm 处有较强的荧光发射,最大吸收波长为365.085 nm。脱氧核糖核苷酸能增强该碳量子点的荧光且具有相关线性关系,因而制备了氮掺杂碳点与脱氧核糖核苷酸的杂交纳米复合物（纳米探针）,并首次用于检测鱼精蛋白。在实验条件最佳情况下,该方法简便、选择性好,该分析方法的线性检测范围为1~10 μg·mL^-1,检出限可达0.61 μg·mL^-1。     

聚多巴胺原位还原银纳米增强碳点荧光自组装纳米复合膜用于检测葛根素研究

以胱氨酸和柠檬酸为碳源,采用一步水热法合成了氮硫掺杂结构的蓝色荧光碳点(FCDs)。FCDs在350 nm波长光源激发下,于455 nm出现最大的荧光发射峰。碳点水溶液在pH=6~11范围内都呈现稳定的荧光发射,具有61.7%的高荧光量子产率和10.75 ns的长荧光寿命。以此碳点为目标物,设计层层自组装膜的简易制备方案,探究银纳米复合基底对其荧光信号的增强效应,通过增强型荧光传感膜实现提高药物检测灵敏度的目的。实验过程中利用多巴胺碱性溶液的自聚合和还原效应,在玻璃基底上形成平整的聚多巴胺膜,同步进行硝酸银原位还原,可制得均匀分散的聚多巴胺复合银纳米膜基底。紫外光谱、荧光光谱、扫描电子显微镜和电子能谱检测结果表明,在多巴胺聚合膜形成过程中原位还原的银纳米,具有操作简便和稳定性能好优点,纳米颗粒不易被氧化。结合层层自组装多层膜技术(layer-by-layer self-assembled mutilayers, LBL SAMs),在纳米复合膜表面组装聚电解质分子层,精确调控银纳米与碳点的间隔距离,构建荧光性自组装膜FTO/PDA-AgN/PDDA/[PSS/PDDA]₃/FCDs,探究银纳米对碳点的荧光增强效应。研究结果表明,当聚多巴胺复合银纳米基底与碳点之间达到一定间隔距离时,银纳米粒子可增强自组装膜上碳点的荧光信号,荧光强度增加近3倍,相应的荧光寿命由6.084 ns减小至2.983 ns。这种荧光增强效应呈现出来的距离依赖性、辐射衰减加快和与银纳米还原程度相关性,表明增强荧光的机理可能为银纳米和碳点之间的局域表面等离子共振效应。葛根素的加入使传感膜上碳点的荧光信号发生猝灭,猝灭的程度和葛根素的含量在3.33×10-7~1.50×10-5 mol·L-1范围内呈现良好的线性关系,可建立荧光传感薄膜对葛根素的含量检测。线性回归方程为I₀/I=2.843×104c_Pue+1.068,相关系数r=0.9985 6,检出限QL=2.31×10-7 mol·L-1。相比于FTO/PDA/PDDA/[PSS/PDDA]₃/FCDs,增强荧光型传感膜明显提高了对葛根素的响应灵敏度,检测限降低近一个数量级。     

功能化荧光碳纳米点的一步法制备及其光谱研究

以肝素钠为碳源,采用水热法一步制备了表面功能化的荧光碳纳米点。利用透射电镜、红外光谱、光电子能谱及荧光发射光谱对其形貌、结构和光致发光性质进行了测试分析。研究结果表明,碳纳米点具有较为均一的尺寸和较强的荧光,并且保留了碳源中大量的官能团。制备得到的碳纳米点可应用于Cu2+的检测,显示了其作为离子传感器材料的潜在应用价值。     

电化学刻蚀制备的荧光碳纳米颗粒

以纯石墨作电极、乙二胺四乙酸二钠溶液作电解液制备了具有荧光性质的碳纳米颗粒。利用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计分析了碳纳米颗粒的光吸收和荧光发射特征,利用透射电镜和电子能谱分析了碳纳米颗粒的尺寸、晶体状态和成分。结果表明,碳纳米颗粒仅有几纳米,呈分散状态;在325 nm附近具有强的光吸收并表现出强的蓝光发射特征。研究了电解质溶液的种类、浓度等对碳纳米颗粒荧光发射的影响,讨论了碳纳米颗粒的荧光发射机理。     

氮掺杂碳纳米点的研究进展

碳纳米点由于具有独特的发光特性、良好的生物相容性、低毒性、良好的光稳定性等特性在近年来被广泛关注。这些特性使其在光电器件、可见光通讯、肿瘤治疗、生物成像等领域拥有潜在的应用价值。受到原料和合成方法的影响,碳纳米点材料体系多种多样。本文将系统地综述本课题组近年来以柠檬酸和尿素为主要原料合成的氮掺杂碳纳米点及其物理化学性质,探讨碳纳米点能带调控的方法及原理,并介绍碳纳米点的应用研究进展。     

铅离子对碳纳米颗粒荧光发射规律的影响

以热解石墨为原料,利用电化学方法,制备了荧光碳纳米颗粒。系统地研究了在不同浓度、时间、pH值、温度等条件下,Pb2+离子对碳纳米颗粒荧光发射规律的影响。实验结果表明:Pb2+离子不改变光谱形状,但可以降低荧光峰值强度;Pb2+离子作用荧光碳纳米颗粒的时间越长,猝灭效率越低;pH值不同,猝灭效率不同;随着温度的升高,Pb2+离子对碳纳米颗粒荧光的猝灭效率逐步提高。其猝灭机理可能为电荷转移猝灭和动态猝灭。     

两亲性壳聚糖基聚合物碳点的合成及其在载药方面的应用

通过水热法合成了系列具有高荧光量子产率（42.9%）辛基化壳聚糖基两亲性聚合物碳点荧光材料。利用红外光谱、紫外吸收光谱、光电子能谱、透射电镜、X射线衍射及荧光光谱对聚合物碳点进行了表征。以阿霉素为模型药物,研究了聚合物碳点对阿霉素的载药性能。当辛基取代度为76.42%时,其最大载药量和包封率分别为49.6%与47.4%。在磷酸盐缓冲液中,载药纳米胶束呈前期快速释放,后期缓慢释放的双相特征。将载药纳米胶束与鼻咽癌细胞作用,发现其存活率随着载药纳米胶束加入量的增加而降低,说明该纳米胶束对鼻咽癌细胞有一定的抑制作用。总之,该聚合物碳点材料在药物载体与荧光示踪方面有潜在的应用价值。     

银/碳点复合纳米粒子的构筑及其SERS研究

碳点(CDs)作为一种新型的量子点,具有优良的发光性质,生物相容性和低毒性,以及易于化学修饰与功能集成性等优点。在光催化,光电器件,环境检测和生物成像领域有着广泛的应用[1]。碳点经常被直接使用,但最近其复合纳米粒子的研究受到越来越多关注,尤其与金属纳米粒子的复合不仅能保持两者各自本体的性质,而且具有协同作用带来的新功能。本文主要介绍了碳点作为还原剂直接还原硝酸银合成具有核壳结构的银/碳点纳米粒子,使碳点的荧光得以猝灭,得到碳点的D band和G band本征拉曼峰。然后以对巯基苯胺(PATP)为探针分子,研究了此核壳纳米粒子在溶液中的SERS性能,结果表明合成的Ag/CDs核壳纳米粒子具有稳定性好,检测限低等优点。另外Ag/CDs还具有良好的催化性能,可催化氧化TMB与催化还原PNTP,我们用SERS技术监测了整个催化过程,得到了被催化分子的变化信息,为其SERS定量与定性分析提供理论依据,扩展了碳点在SERS以及光催化领域的发展。     

电介质球复合纳米天线对荧光定向发射的增强

在纳米光子学中,提高荧光物质的定向发光强度是许多应用要解决的关键问题。为了优化电介质纳米天线的荧光增强能力,本文提出了一种由硅纳米球二聚体与TiO 2微球组成的电介质球复合纳米天线。通过时域有限差分法,本文分别从量子产率增强、荧光收集效率增强以及荧光激发率增强3个方面研究了该复合纳米天线对荧光的增强效果。结果表明,这种复合纳米天线不仅可以解决单个TiO 2微球增强荧光时量子产率较低的问题,还可以弥补单个硅纳米球二聚体增强荧光时荧光收集效率较差的不足。该复合纳米天线可使CdSe量子点的量子产率增强约4倍、荧光收集效率增强约2倍。此外,由于硅纳米球二聚体与TiO 2微球对荧光激发过程具有增强效果,该复合天线最终可以产生较高的荧光定向增强倍数。在量子点发光的中心波长523 nm处,荧光定向增强约为3064倍。     

a-C:N:H纳米尖端荧光产生的机理

用CH4,H2和NH3为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积在沉积有碳膜的Si衬底上制备了a-C:N:H纳米尖端,并用扫描电子显微镜和微区Raman光谱仪对碳膜和纳米尖端进行了表征。结果表明:Raman谱中含有与碳和氮相关的峰,且纳米尖端的Raman谱比碳膜的Raman谱有很强的荧光背景。Raman谱中的峰说明沉积的碳膜和纳米尖端是a-C:N:H薄膜和a-C:N:H尖端。a-C:N:H纳米尖端的Raman谱中强荧光背景的产生表明其在激发光源照射的过程中发射了强荧光,对a-C:N:H纳米尖端产生强荧光的机理进行了探讨。     

应用于生物医疗领域的碳纳米点及其复合物

碳纳米点作为新兴的碳纳米材料,具备制备成本低、尺寸小、低毒、生物相容性高、水溶性好、易修饰、光物理性质独特等诸多优点,在生物医疗领域展现了独有的优势和应用前景。由于具有丰富的表面官能团,碳纳米点可以与靶向配体、医学影像造影剂、核酸、化学药物、光敏剂、光热转换试剂等功能性诊断治疗试剂相互作用形成复合物。目前,碳纳米点及其复合物在医学影像、基因治疗、化学药物治疗、光热、光动力治疗等生物医学诊断治疗领域的应用正在被广泛的开发和报道。这些工作对开发基于碳纳米点的医学诊断治疗试剂及其临床推进具有重要意义,为推进人类重大疾病的个体化、可视化、非入侵式、小损伤的诊断治疗提供一种新的药物体系。本文将关注应用于诊断治疗领域的碳纳米点及其复合物的设计、构建及性能研究,对已报道的基于碳纳米点的诊断治疗试剂在生物医疗领域的研究进展进行总结和讨论。     

氮掺杂石墨烯纳米片的制备及其电化学性能

以石墨片为原料,在氮气气氛下,通过机械针磨法制备了氮掺杂石墨烯纳米片.扫描电子显微镜和比表面积分析表明机械针磨过程可以有效地将大尺寸石墨片破碎成石墨烯纳米片.在石墨片的破碎过程中,会引起C—C键的破坏.因此,在破坏的边缘位置能够产生碳活性点.这些碳活性点可以与氮反应实现氮元素的掺杂.X射线光电子能谱分析表明碳活性点与氮反应使氮元素掺入石墨烯结构边缘,形成吡咯型氮和吡啶型氮.电化学阻抗谱分析表明所制备的氮掺杂石墨烯纳米片对I_3~-还原反应具有较高的电催化活性,循环伏安与恒流充放电测试表明氮掺杂石墨烯纳米片具有较好的电容性能.较高的比表面积和边缘氮掺杂结构是氮掺杂石墨烯纳米片具有优异电化学性能的主要原因.因此,氮掺杂石墨烯纳米片可以应用于染料敏化太阳能电池对电极和超级电容器电极.     

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...     

基于InP@ZnS QDs/Dured纳米荧光探针的DNA检测

利用巯基丙酸包覆的In P@Zn S量子点(QDs)与Dured构建了一种检测DNA的荧光探针。在该探针中,以环境友好型带负电的In P@Zn S量子点为荧光团,与带正电的Dured通过静电结合,构建了In P@Zn S QDs/Dured纳米荧光探针。通过荧光共振能量转移(FRET)机理,量子点荧光被猝灭;当DNA存在时,Dured与DNA的特异性结合使Dured从In P@Zn S QDs表面脱附,FRET过程被打断,In P@Zn S QDs荧光恢复,以荧光"关-开"方式检测DNA。该探针检测DNA的线性范围为2.0~275.0 ng·L-1,检测限为1.0 ng·L-1,并可用于模拟生物生理条件下的DNA检测。     

水热法制备S、N共掺杂碳点及其银离子的荧光检测

以通过氢键形成分子单元的异硫氰酸胍为掺杂剂,采用一锅水热法制备了具有明亮蓝色荧光的S、N共掺杂碳点.结构表征显示,N和S元素能够通过杂环原子和碳点表面官能团的形式充分掺杂.该碳点溶液的光致发光最佳激发波长为395nm,对应发射谱从"激发独立"变为"激发依赖".在碳点的形成过程中,出现了一些分子级荧光团,随着碳化过程以表面官能团的形式键合在碳点的表面,这为该碳点作为银离子检测的传感探针提供了可能.碳点溶液荧光强度和银离子浓度在不同浓度范围内成线性关系,基团-S-C≡N能够促进银离子对碳点溶液荧光的猝灭效应.该碳点溶液制备方法简单、性能优异,为高效检测工业污染物中银离子的应用提供了一种可能的途径.     

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。     

电介质微球和金属平面纳米层增强荧光远场定向发射

本文提出了一种由电介质微球和金属平面纳米层组成的复合结构,用于增强荧光远场定向发射强度和提高荧光收集效率.通过时域有限差分法研究了位于电介质微球和金层之间量子点的激发和发射过程.量子点作为荧光材料涂敷于聚甲基丙烯酸甲酯中,用于控制和金层的距离从而调控荧光增强.该结构基于等离激元耦合、回音壁模式以及光子纳米射流之间的协同效应,使远场荧光强度增强230倍,荧光收集效率高达70%.与电介质微球和金球二聚体复合结构增强荧光相比,金球二聚体之间的间距不易控制,此外量子点要放在金球之间特定的位置.而本文提出的三维平面复合纳米结构相对更方便实现.以上结果在提高荧光生物检测灵敏度、成像质量以及发光器件效率等领域具有非常重要的应用意义.