摘要
碳点（Carbon dots,CDs），作为碳纳米家族的“明星”成员，因其优异的发光性能、良好的生物相容性和低廉的制备成本，在分析检测、生物成像、药物递送和光学防伪等领域表现出巨大应用潜能。多年来，研究人员致力于碳点结构与性能的优化，旨在提高其发光效率、拓宽发射波长和开发新的应用。杂原子掺杂是最常被使用的一种调控手段。尤其是，氮原子（N）与碳原子（C）具有相似的尺寸结构，N的注入能改变碳点的电子密度，引起辐射重组，从而提高碳点的光学性能。本文通过筛选合适的前驱体，以简便的方法制备了一系列氮掺杂的多色荧光碳点，构建了多功能、多模式的荧光传感平台用于常见离子和小分子的分析检测，并进一步探究了这些碳点在细胞成像和荧光防伪领域的应用。 第一章：简要概述了碳点的结构分类、光学和生物学性质、制备方法和发光机理。并对其荧光性能调控和应用的研究进展进行了综述。 第二章：以对苯二胺和乙二醇双（2-氨基乙基醚）四乙酸为前驱体，一步水热法制备了氮掺杂黄色荧光碳点（y-CDs）。y-CDs具有较高的荧光量子产率（QY=21.55±0.06%）和优异的光稳定性。四环素类抗生素（TCs）可直接猝灭y-CDs的荧光。而当Al3+存在时，TCs会从y-CDs表面逃逸，与Al3+形成更稳定的螯合物，使得y-CDs的荧光恢复。y-CDs对TCs和Al3+具有良好的选择性和高的灵敏度，检出限分别为0.057~0.23μM和0.091μM。该y-CDs可用于牛奶样品中TCs和Al3+的检测，并表现出良好的回收率和较低的相对标准偏差。此外，y-CDs还被用于A549细胞成像和细胞内CTC和Al3+的识别。 第三章：采用酚番红花红和柠檬酸为原料，水热法制备出橘色氮掺杂的荧光碳点（N-CDs）。所得N-CDs能选择性响应NO2-，NO2-通过与N-CDs表面的氨基结合，诱导N-CDs的荧光静态猝灭。随着NO2-的加入，N-CDs在402nm和525nm处的吸光强度比值逐渐增大并伴随着肉眼可见的溶液颜色转变（红色—淡紫色）。基于此，构筑了荧光-比色双模式测定NO2-的分析平台。两种模式的检出限分别为0.35μM和0.13μM。此外，N-CDs被用于A549细胞成像和细胞内NO2-的识别。 第四章：以罗丹明B和乙二胺为原料，采用水热法制备了溶剂依赖型氮、氯共掺杂碳点(N,Cl-CDs)。随着溶剂极性的增加，N,Cl-CDs的发射光谱逐渐红移，荧光效率逐渐降低。这可能与极性增强后氢键诱导的聚集有关。基于这一特性，N,Cl-CDs可用于荧光-比色双模检测四氢呋喃中的水含量。检测的线性范围为0.5-100%，检出限为0.093%。该传感模式还转换为纸基传感，实现了便捷、实时、可视化的水检测。此外，还将N,Cl-CDs与PVA结合形成了固态荧光薄膜，有望用于荧光防伪和光学器件领域。 第五章：通过水热对氨基苯磺酸和苯二胺的三种同分异构体，提出了一种制备发光可调氮掺杂碳点的新策略。所合成的三种碳点分别发出蓝色、绿色和橙色荧光，依次命名为b-CDs，g-CDs和o-CDs。它们发光性能的差异归因于其粒径、表面氧化程度和N相关态种类和数量的不同。这三种碳点均对盐酸小檗碱有良好的选择性响应，检出限分别为0.081μM，0.238μM和0.741μM。此外，这三种碳点实现了人血清和市售黄连素片中盐酸小檗碱的检测。b-CDs，g-CDs和o-CDs还被用于Hela细胞多色成像和荧光防伪。
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