摘要
碳量子点是一种新型荧光纳米材料，因其具有良好的光学性能、制备方法简单、表面活性位点多、稳定性好以及细胞相容性好等优点而在近些年来广受研究者们青睐，其在离子/分子传感、生物成像、催化等众多研究领域也具有非常良好的应用潜力。本文以碳点在复杂基质中的传感能力为切入点，通过改性、掺杂等方式，设计并合成出了几种在实际复杂环境下仍具有良好传感效能的功能化量子点，用以检测部分危害环境和人体生命安全的环境污染物，具体工作内容如下: 1.基于红色发光碳点聚集物的荧光探针用于检测细胞中的铜离子 铜离子（Cu2+）是常见的重金属离子之一，不管是环境中的超量排放或者是食物链中的过量积累都对人体生命健康造成极大的危害。本研究使用水热法，以3,4-二氨基苯甲酸为前体在酸性介质中合成了红色发光碳点聚集物（R-CDAs）。透射电子显微镜（TEM）显示，R-CDAs纳米颗粒比传统的单分散碳点直径更大，直径在7.2～28.8nm之间。X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的研究结果显示，在R-CDAs表面存在极性官能团（羟基、氨基、羧基）。在可见光（550nm）激发下，R-CDAs发出稳定的红色荧光，发射峰位置为610nm。在最佳条件下，Cu2+猝灭了该探针的荧光，荧光信号在铜离子浓度为5～600nM的范围内呈线性变化，检测限（LOD）仅为0.4nM。实际水样中Cu2+的检测回收率为98.0～105.0％,相对标准偏差（RSD）为2.8～4.5％。此外，R-CDAs荧光探针对HeLa细胞的细胞毒性可忽略不计，并且具有良好的生物成像能力，显示其在生物医学中具有作为潜在的疾病诊断工具的应用潜力。 2.基于比率型碳量子点的荧光探针用于选择性检测环境中的汞离子 作为常见的有毒物质之一，汞离子（Hg2+）的过量积累可导致汞离子中毒和水俣病等严重疾病，危害着人类的生命安全。在此，本研究以邻苯二胺作为前体，在茜素的掺杂下，通过溶剂热法制备了一种黄色发光比率型荧光碳点（Y-CDs）,用于检测水样中及食品中的Hg2+。在380nm激发时，该碳点在470nm处和570nm均有发射峰存在。加入Hg2+后，570nm处的荧光发射明显被猝灭，470nm处的荧光发射略微上升。Y-CDs的表面基团-NH2和C=O与Hg2+之间的电子转移(ET)导致Y-CDs的荧光发生猝灭。在20～1500nM的Hg2+浓度范围内，荧光强度比值(F570/F470)呈良好的线性关系，LOD为1.5nM。该传感器对鸡蛋、水样等实际样品中的Hg2+具有较高的选择性以及准确度，回收率范围为95.5～105.5％,RSD在1.2％到4.2％之间，这些都证明了其在复杂基质中高灵敏快速检测Hg2+的能力。 3.一种双光子性能碳量子点用于食品内氯四环素含量的检测 抗生素是环境中常见的污染物之一，它们的监测对食品安全和人类健康非常重要。在此，我们采用简单的绿色水热方法合成了一种双光子碳量子点(TP-CQDs)纳米探针，并将其作为检测氯四环素(CTC)的光化学传感器。CTC能够猝灭TP-CQDs的固有荧光，在CTC浓度范围为0.5～60μM之间具有良好的线性响应情况，检测限仅为0.04μM。除了良好的稳定性和优异的光学性能外，我们发现TP-CQDs对CTC还具有优秀的选择性，在阳离子、阴离子和氨基酸等物质对TP-CQDs荧光发射没有显著影响的同时还可排除CTC自身降解而产生的背景荧光干扰。最后，我们成功地将该传感体系应用于牛奶、鱼和鸡蛋中的CTC检测之中，证实了其在实际样品中检测CTC的可行性。 综上所述，本文以不同功能化的碳量子点作为荧光探针，成功在各种实际样品甚至细胞中对常见的环境污染物进行了检测，取得了令人满意的结果，同时也为碳点在传感方面的发展提供了新的思路。
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