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新型熒光碳點的制備及其在傳感、生物成像和抗菌中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2020-11-19 05:45
   目的:碳點作為新型的碳納米材料,其優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)、低毒性和良好的生物相容性,使其在生物領(lǐng)域中有好的應(yīng)用前景。熒光量子產(chǎn)率低會影響碳點的光學(xué)性質(zhì),而短波長的碳點在生物成像中的應(yīng)用受到限制,為拓寬碳點的應(yīng)用范圍,制備高熒光量子產(chǎn)率和長波長發(fā)光碳點在生物應(yīng)用領(lǐng)域是非常有意義的。本論文工作如下:1.以L-酒石酸和三亞乙基四胺為原料,采用微波法合成了高熒光量子產(chǎn)率(23%)發(fā)藍(lán)色熒光的氮摻雜碳點,反應(yīng)比例為摩爾比1:1。2.在第一章基礎(chǔ)上,對合成的氮摻雜的碳點進(jìn)行傳感實驗探究,并應(yīng)用于甲硝唑的檢測及細(xì)胞成像。3.以水溶性黑色素和鹽酸甜菜堿為原料,合成了熒光量子產(chǎn)率為6.5%發(fā)紅色熒光的碳點,并應(yīng)用于細(xì)胞成像、斑馬魚成像和抗菌研究中。方法:1.采用一步微波法,以L-酒石酸和三亞乙基四胺為原料,通過對反應(yīng)條件的探究,合成了高熒光產(chǎn)率的氮摻雜發(fā)光碳點(N-CDs)。對合成的N-CDs的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能進(jìn)行測定:透射電子顯微鏡表征其形貌和粒徑,X射線衍射圖和傅里葉變換紅外光譜表征其表面所含官能團;紫外-可見吸收光譜和熒光光譜探究光學(xué)性質(zhì)。2.合成的N-CDs通過與不同物質(zhì)作用,研究不同物質(zhì)對N-CDs熒光性質(zhì)的影響。采用MTT法研究N-CDs對人乳腺癌胞(MCF-7)的細(xì)胞毒性,采用激光共聚焦進(jìn)行N-CDs在細(xì)胞中的成像實驗。3.采用一步水熱法,以水溶性黑色素和鹽酸甜菜堿為原料,通過對反應(yīng)條件的探究,合成發(fā)紅色熒光的碳點(R-CDs)。通過透射電鏡,傅里葉變換紅外光譜、X射線衍射圖和X射線光電子能譜分析表征合成的R-CDs的結(jié)構(gòu)及組成,運用紫外-可見吸收光譜和熒光光譜測定R-CDs的光學(xué)性質(zhì)。通過對合成的R-CDs與三種常見細(xì)菌的相互作用,研究R-CDs的抗菌效果。結(jié)論:1.對合成的N-CDs的結(jié)構(gòu)表征顯示N-CDs呈準(zhǔn)球形,粒徑范圍為1-5 nm,平均粒徑約為2.56 nm,表面含有羥基、羧基以及氨基等水溶性基團。測定不同因素對合成的N-CDs光學(xué)性能的影響實驗表明合成的N-CDs的光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。綜上所述,合成的N-CDs具有良好的水溶性、高熒光量子產(chǎn)率(23%)和優(yōu)異的光穩(wěn)定性。2.合成的N-CDs對甲硝唑的響應(yīng)靈敏度高,通過熒光猝滅可有效的檢測藥物甲硝唑,經(jīng)計算得出其檢出限為0.22μmol/L,并成功的應(yīng)用到實際樣品(牛奶)中甲硝唑的檢測,。MTT法測定結(jié)果顯示N-CDs的細(xì)胞毒性低并應(yīng)用到了細(xì)胞成像,最后通過熒光猝滅現(xiàn)象在細(xì)胞中可以檢測到甲硝唑的存在。3.合成的R-CDs的結(jié)構(gòu)表征其呈準(zhǔn)球形,粒徑大小主要集中在4-5 nm,平均粒徑約為4.32 nm,表面含有羥基和羧基等基團。對合成的R-CDs光學(xué)性能的測定實驗表明其具有良好的光學(xué)穩(wěn)定性。運用激光共聚焦測定分別研究了R-CDs在人乳腺癌胞(MCF-7)和斑馬魚活體中的成像,效果明顯。最后測定了R-CDs對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和變形菌生長抑制實驗,結(jié)果表明R-CDs對大腸桿菌有效的殺傷能力最強。綜上所述,合成的R-CDs具有優(yōu)良的光學(xué)性能、低的細(xì)胞毒性和良好的生物相容性,能夠很好的應(yīng)用到生物成像中,而且對大腸桿菌表現(xiàn)出較強的抑菌效果。結(jié)論:本論文通過對合成條件的優(yōu)化簡單快速的合成了兩種碳點(N-CDs和R-CDs),且合成的碳點具有優(yōu)異的的光致發(fā)光性質(zhì),低毒性和良好的生物相容性。N-CDs能夠靈敏檢測小分子藥物甲硝唑,分別應(yīng)用到實際樣品中甲硝唑的檢測和細(xì)胞中檢測藥物甲硝唑,效果滿意。R-CDs能夠在650 nm處發(fā)射強的熒光,應(yīng)用到了細(xì)胞和活體成像中,效果顯著,抗菌實驗表明R-CDs對抑制對大腸桿菌和變形桿菌具有有效的抗菌活性的抗菌活性。
【學(xué)位單位】:山西醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位年份】:2019
【中圖分類】:R318.08;TB383.1;O613.71
【部分圖文】:

熒光光譜,下合,熒光光譜,比例


圖 1-1 不同反應(yīng)時間(A)和反應(yīng)比例(B)下合成 N-CDs 的熒光光譜點的結(jié)構(gòu)表征碳點的形貌表征過 TEM 對合成的 N-CDs 的分布與形貌進(jìn)行表征,如圖 1-2(A)所示到 N-CDs 的形態(tài)呈球形或準(zhǔn)球形,分散性良好;圖 1-2(B)是合成的分布圖,表明合成的 N-CDs 粒徑主要集中在 1-5 nm,平均粒徑約為 2成的 N-CDs 的 XRD,結(jié)果如圖 2-2(C),XRD 圖顯示在 2θ=25°附近衍射峰,表明合成的 N-CDs 主要由無定型碳組成。

粒徑分布,粒徑分布,準(zhǔn)球形,下合


1-1 不同反應(yīng)時間(A)和反應(yīng)比例(B)下合成 N-CDs 表征表征對合成的 N-CDs 的分布與形貌進(jìn)行表征,如圖 1-2 的形態(tài)呈球形或準(zhǔn)球形,分散性良好;圖 1-2(B)表明合成的 N-CDs 粒徑主要集中在 1-5 nm,平均粒Ds 的 XRD,結(jié)果如圖 2-2(C),XRD 圖顯示在 表明合成的 N-CDs 主要由無定型碳組成。

FTIR光譜,吸收帶


山西醫(yī)科大學(xué) 碩士學(xué)位論文換紅外(FT-IR)光譜來分析鑒定所制備的N-C3450 cm-1有較寬的肩峰可歸因于O-H和N-H的C-H的伸縮振動;1270 cm-1和1107 cm-1處的峰伸振動;在1625 cm-1處較寬的吸收帶歸因于吸收帶歸屬于CH2的彎曲振動[23]。紅外圖譜顯基以及氨基等水溶性基團,表明合成N-CDs具
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