荧光碳量子点的有效制备及其对血小板的粘附性能研究
近年来，碳量子点作为荧光碳纳米材料最重要的一种，在生物医用领域的应用已经受到人们的广泛关注。由于碳量子点的自身优点及良好的生物相容性，低毒性等优良特性，可以借用碳量子点充当稳定剂和还原剂深入肿瘤组织以标记身体细胞的位置，所以碳量子点在生物成像、药物检测和肿瘤标记方面具有很大的应用前景。本文将探究碳量子点的制备方法以及对碳量子点在生物成像应用方面进行检测。主要研究内容如下1. 以不同果汁为碳源基于水热法制备荧光碳量子点，并对所制备的碳量子点进行形貌和粒径分析，可以得出碳量子点呈现出一定的单分散性；FTIR分析表明，碳量子点既含有一定的疏水基团，又含丰富的亲水基团，如羧基，羟基等；对碳量子点进行元素分析，可以看出随着pH值的升高，碳量子点中氧元素的相对含量逐渐降低，而碳元素的相对含量逐渐提高；荧光寿命分析表明，随着pH值的升高，所得到的碳量子点的荧光寿命逐渐降低。 2. 以碳量子点作为染料对内皮细胞进行成像实验，发现所制备的碳量子点在生物成像领域具有较好的应用前景。关键词 碳量子点，荧光，细胞成像，pH响应
目 录
1 绪论 6
1.1 碳量子点及发展历史 6
1.2 碳量子点的应用 6
1.2.1 碳量子点在生物成像方面的应用 6
1.2.2 碳量子点在药物检测或者肿瘤标记方面的应用 7
1.3 需要研究和解决的问题 9
1.4 本课题采用的技术和手段 9
1.5 本课题的技术路线 9
2 实验部分 10
2.1 实验原料 10
2.2 实验器材 10
2.3 碳量子点的制备 10
2.4 血小板粘附实验 11
2.5 细胞成像实验 11
2.6 表征手段 12
3 研究结果与分析 12
3.1 荧光碳量子点的形貌分析 12
3.2 荧光碳量子点的结构分析 13
3.2.1 荧光碳量子点的FTIR分析 13
3.2.2 荧光碳量子点的元素分析 14
3.3 荧光碳量子点的光学性能 15
3.3.1 荧光碳量子点的紫外分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
15
3.3.2 荧光碳量子点的荧光照片分析 15
3.3.3 荧光碳量子点的激光发射光谱分析 16
3.3.4 荧光碳量子点的量子产率分析 17
3.4 荧光碳量子点的荧光发射机理分析 18
3.5 荧光碳量子点对血小板粘附实验的影响分析 19
3.6 荧光碳量子点在生物成像方面的应用 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 碳量子点及发展历史
碳量子点也叫做碳点、碳纳米点、碳纳米晶，是荧光碳纳米材料中最重要的一种，碳量子点的尺寸大小大部分在10 nm以下，它有较好的单分散性，碳量子点是几何形状近乎准球型的一种新兴的碳纳米功能材料。相对于传统的半导体量子点和有机染料 (制备方法繁琐，价格昂贵，环境不友好，易发生光漂白等)，荧光碳量子点具有粒径小，水溶性好，化学惰性高，易于功能化，耐光漂白，低毒性等优良特性，并且具有良好的生物相容性。
荧光碳量子点的诸多领域的应用，集结了众多研究者对其制备方法、性能优化、应用拓展方面研究的兴趣和探索的步伐。 近年来众多研究者利用不同的方法，不同的原料制备了结构、组成相似或有差异的一系列的碳量子点，并且有的研究者对其进行修饰例如：结合金属粒子、金属化合物、有机聚合物、元素沉积和包覆等，丰富了碳量子点在生物科学、化学科学和物理科学方向的新应用。
1.2 碳量子点的应用
碳量子点不仅具有良好的光学、热学、力学和机械性能，还具有在水中良好的溶解度，优越的化学惰性，低毒性，易功能化，独特的发光，良好的生物相容性和抗光漂白性等。因而，在生物成像、药物检测和肿瘤标记领域都有很好的应用前景。
1.2.1 碳量子点在生物成像方面的应用
传统量子点，如CdTe已经被广泛使用于体外和体内光学成像实验中。但由于传统量子点含有重金属，它们的使用在健康和环境上引起了不少问题。由于碳量子点具有优异的发光特性和低毒性，所以在生物成像领域具有重要的潜在应用价值[1]。
Chang等[2]将制备的碳量子点作用于LLCPK1细胞，测试了碳量子点在细胞成像方面的实用性。Cao等[3]将PPEIEI钝化的碳量子放入人体乳腺癌细胞当中，发现碳量子点可以到达细胞膜和细胞质，但不会到达细胞核，不同粒径的碳量子点到达的部位也不同，因此可以借用碳量子点来标记身体细胞的不同位置，成功应用于人体乳腺癌MCF7细胞的细胞成像。他们的实验都证明了碳量子点是很好的生物标记和成像试剂[4]。如图11所示，是EDACQDS和PCQDS标记的Hela细胞的生物成像照片[5]。
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图11 EDACQDs (A和B)和PCQDs (C和D)标记的Hela细胞的生物成像照片
1.2.2 碳量子点在药物检测或者肿瘤标记方面的应用
药物分析是生物分析中最重要的一部分，显得尤为重要的是药物非你含量的准确测定对治疗疾病和避免不良反应。有机荧光分子通常可以跟大环主体分子之间通过主客体识别形成复合物，一些药物分子可以竞争主客体作用让体系荧光得到改变，进而实现对药物分子的检测。
以石墨烯碳量子点为例，自从2010年曲小刚研究组[6]发现GO具有过氧化物酶催化活性以来，科学家们已经基于石墨烯类材料的催化性质构建了很多比色传感器用于葡萄糖、H2O2、还原型谷胱甘肽、单核苷酸多态性和胆固醇等的检测 (如图12所示)。Zhang等人[7]基于Hg2+刺激响应金纳米粒子氧化石墨烯复合材料的类过氧化酶活性构建了一种新型的比色免疫分析法用于呼吸道合胞病毒的高灵敏比色检测，这种金属离子增强的免疫分析法在生物医学领域具有较好的应用前景。Wang课题组[8]报道了一种银纳米粒子修饰碳量子点的方法，该方法由碳量子点本身充当稳定剂和还原剂，在碳量子点的表面上原位生长银纳米粒子。这种复合物对H2O2的还原具有超好的吸收衰减响应，因此在不加入额外的显色剂的前提下构建了一个检测H2O2的简单比色方法。该复合物传感体系对H2O2的检出限达到33 nmolL1,并且进一步可以用于葡萄糖的检测，而且其检出限可以达到170 nmolL1。
目 录
1 绪论 6
1.1 碳量子点及发展历史 6
1.2 碳量子点的应用 6
1.2.1 碳量子点在生物成像方面的应用 6
1.2.2 碳量子点在药物检测或者肿瘤标记方面的应用 7
1.3 需要研究和解决的问题 9
1.4 本课题采用的技术和手段 9
1.5 本课题的技术路线 9
2 实验部分 10
2.1 实验原料 10
2.2 实验器材 10
2.3 碳量子点的制备 10
2.4 血小板粘附实验 11
2.5 细胞成像实验 11
2.6 表征手段 12
3 研究结果与分析 12
3.1 荧光碳量子点的形貌分析 12
3.2 荧光碳量子点的结构分析 13
3.2.1 荧光碳量子点的FTIR分析 13
3.2.2 荧光碳量子点的元素分析 14
3.3 荧光碳量子点的光学性能 15
3.3.1 荧光碳量子点的紫外分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
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3.3.2 荧光碳量子点的荧光照片分析 15
3.3.3 荧光碳量子点的激光发射光谱分析 16
3.3.4 荧光碳量子点的量子产率分析 17
3.4 荧光碳量子点的荧光发射机理分析 18
3.5 荧光碳量子点对血小板粘附实验的影响分析 19
3.6 荧光碳量子点在生物成像方面的应用 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 碳量子点及发展历史
碳量子点也叫做碳点、碳纳米点、碳纳米晶，是荧光碳纳米材料中最重要的一种，碳量子点的尺寸大小大部分在10 nm以下，它有较好的单分散性，碳量子点是几何形状近乎准球型的一种新兴的碳纳米功能材料。相对于传统的半导体量子点和有机染料 (制备方法繁琐，价格昂贵，环境不友好，易发生光漂白等)，荧光碳量子点具有粒径小，水溶性好，化学惰性高，易于功能化，耐光漂白，低毒性等优良特性，并且具有良好的生物相容性。
荧光碳量子点的诸多领域的应用，集结了众多研究者对其制备方法、性能优化、应用拓展方面研究的兴趣和探索的步伐。 近年来众多研究者利用不同的方法，不同的原料制备了结构、组成相似或有差异的一系列的碳量子点，并且有的研究者对其进行修饰例如：结合金属粒子、金属化合物、有机聚合物、元素沉积和包覆等，丰富了碳量子点在生物科学、化学科学和物理科学方向的新应用。
1.2 碳量子点的应用
碳量子点不仅具有良好的光学、热学、力学和机械性能，还具有在水中良好的溶解度，优越的化学惰性，低毒性，易功能化，独特的发光，良好的生物相容性和抗光漂白性等。因而，在生物成像、药物检测和肿瘤标记领域都有很好的应用前景。
1.2.1 碳量子点在生物成像方面的应用
传统量子点，如CdTe已经被广泛使用于体外和体内光学成像实验中。但由于传统量子点含有重金属，它们的使用在健康和环境上引起了不少问题。由于碳量子点具有优异的发光特性和低毒性，所以在生物成像领域具有重要的潜在应用价值[1]。
Chang等[2]将制备的碳量子点作用于LLCPK1细胞，测试了碳量子点在细胞成像方面的实用性。Cao等[3]将PPEIEI钝化的碳量子放入人体乳腺癌细胞当中，发现碳量子点可以到达细胞膜和细胞质，但不会到达细胞核，不同粒径的碳量子点到达的部位也不同，因此可以借用碳量子点来标记身体细胞的不同位置，成功应用于人体乳腺癌MCF7细胞的细胞成像。他们的实验都证明了碳量子点是很好的生物标记和成像试剂[4]。如图11所示，是EDACQDS和PCQDS标记的Hela细胞的生物成像照片[5]。
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图11 EDACQDs (A和B)和PCQDs (C和D)标记的Hela细胞的生物成像照片
1.2.2 碳量子点在药物检测或者肿瘤标记方面的应用
药物分析是生物分析中最重要的一部分，显得尤为重要的是药物非你含量的准确测定对治疗疾病和避免不良反应。有机荧光分子通常可以跟大环主体分子之间通过主客体识别形成复合物，一些药物分子可以竞争主客体作用让体系荧光得到改变，进而实现对药物分子的检测。
以石墨烯碳量子点为例，自从2010年曲小刚研究组[6]发现GO具有过氧化物酶催化活性以来，科学家们已经基于石墨烯类材料的催化性质构建了很多比色传感器用于葡萄糖、H2O2、还原型谷胱甘肽、单核苷酸多态性和胆固醇等的检测 (如图12所示)。Zhang等人[7]基于Hg2+刺激响应金纳米粒子氧化石墨烯复合材料的类过氧化酶活性构建了一种新型的比色免疫分析法用于呼吸道合胞病毒的高灵敏比色检测，这种金属离子增强的免疫分析法在生物医学领域具有较好的应用前景。Wang课题组[8]报道了一种银纳米粒子修饰碳量子点的方法，该方法由碳量子点本身充当稳定剂和还原剂，在碳量子点的表面上原位生长银纳米粒子。这种复合物对H2O2的还原具有超好的吸收衰减响应，因此在不加入额外的显色剂的前提下构建了一个检测H2O2的简单比色方法。该复合物传感体系对H2O2的检出限达到33 nmolL1,并且进一步可以用于葡萄糖的检测，而且其检出限可以达到170 nmolL1。
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