摘要
作为荧光纳米材料家族一颗冉冉升起的新星，碳点(Carbon dots，CDs)具有类似于量子点的光致发光性能，且具有低毒性、粒径小和良好的生物相容性等特点，被认为是替代量子点的最佳选择。而其良好的电子供受能力、稳定的荧光性能和耐光漂白等特点，也吸引了研究者们的广泛关注。近年来，经过研究者的不懈探索，碳点在生物成像、药物分析、载药诊疗等领域取得了一定的研究成果。但是，建立更为简便、环保、快速的新方法来制备具有优良荧光性能的碳点，并拓展其在分析领域的应用仍需进一步研究。本文成功构建了一种更环保快捷的荧光碳点制备方法，探究了所制备碳点的组成结构、荧光稳定性和生物相容性，并将其应用于pH传感和细菌检测等与人类健康息息相关的领域。 本研究主要内容包括：⑴为探索更为经济环保、简便快捷的碳点制备方法，我们以康乃馨花瓣为碳源，于万用电炉上加热2 min，得到荧光量子产率为11.36%的水溶性碳点。其最佳激发发射波长分别为320 nm和435 nm，在日光下照射12小时或高盐环境中荧光强度未衰减。高分辨透射电镜(HR-TEM)结果显示该碳点形貌类似球形、分散性良好、粒径约为6-10 nm；通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振碳谱(13C NMR)的表征，揭示了该碳点是由碳、氮、氧三种元素组成，且表面含有羧基、氨基、羟基等官能团。利用该碳点pH依赖的荧光特性，我们建立了一种pH传感的新方法。更重要的是，当碳点溶液pH值在10.6到5的范围内变化时，其发光程度和溶液颜色也随之变化，且荧光强度和色调 H值与 pH值成线性关系，证明碳点具有从荧光强度和溶液颜色变化两方面对 pH进行双信号传感的能力。此外，我们还考察了该碳点的细胞毒性，获得了较满意的实验结果，并进一步将其用于细胞成像。所得结果证明碳点能充分进入细胞并发出明亮的荧光，有望替代不耐光漂白的传统有机染料和毒性较大的量子点作为新的生物成像试剂。⑵食品特别是乳制品和肉制品受到细菌污染的机会很多，尤其是金黄色葡萄球菌，对其实现定量检测于食品安全和人类健康都具有重大意义。而万古霉素能和革兰氏阳性细菌细胞壁上的尾肽结构D-Ala-D-Ala通过氢键结合，可以作为连接荧光信号分子和细菌的中间体。受此启发并结合碳点的优良荧光性能，本文将修饰了万古霉素的碳点作为荧光探针。由于万古霉素和细菌之间的特殊作用力，碳点会大量聚集在细菌细胞壁表面，导致其荧光信号发生变化。基于此，本文建立了一种检测革兰氏阳性细菌的新方法。具体而言，首先，以柠檬酸和尿素为碳源，微波法一步制备出发蓝色荧光的碳点，其最佳激发、发射波长分别为320 nm和435nm。研究表明所合成的碳点分散性良好，粒径约为2-3 nm，且表面含有较多羧基。因此，我们可以将EDC和NHS作为交联剂在碳点表面修饰万古霉素。其次， HR-TEM、FTIR和紫外光谱(UV-vis)数据表明，万古霉素的修饰并未对碳点的分散性、荧光性能和紫外吸收产生明显影响。质谱(MS)所得结果显示在每个碳点表面大约修饰了2个万古霉素分子。随后我们以金黄色葡萄球菌为代表，探索了该探针用于定量检测细菌的可能性。结果表明随着金黄色葡萄球菌浓度的增加，探针的荧光强度不断降低，二者呈现出良好的线性关系，检测限为9.40×104 cfu/mL。另外，我们将该方法用于考察橙汁在接种金黄色葡萄球菌并孵育后的细菌含量，并与平板计数法相对比有满意的回收率，表明了此方法检测革兰氏阳性细菌的实用性。
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