碳量子点的制备及其传感应用研究

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近年来,纳米材料因其拥有稳定的物理化学性能、优良的尺寸效应和制备方法多样性等优点,在生物学、食品、医学和环境检测等诸多领域有着极其广泛的应用。在这些常见的纳米材料中,碳量子点由于具有粒径小、水溶性良好、光学性质稳定和生物相容性优良等优点备受研究者的青睐。目前,利用碳量子点作为荧光探针,发展了各式各样简便的方法检测食品体系中的微量成分,如离子、功能小分子和有机大分子物质。在本论文中,分别用不同方法合成两种性质稳定、光学性能优良的掺杂化碳量子点,并将它们设计为荧光探针应用于食品物质的分析检测,具体内容如下:(1)分别通过微波辅助法和水热法利用不同的前驱体制备发出蓝色荧光的氮硫共掺杂碳量子点(N.S-CDs)和发出黄绿色荧光的氮掺杂碳量子点(N-CDs)。在制备过程中,使用各种表征手段对制备的两种碳量子点的光学性质、结构及形貌进行了系统分析。结果表明,通过两种不同方法制备的掺杂化碳量子点均具备优良的水溶性、稳定的荧光性能,分散性好且尺寸均匀。(2)基于上述合成的N.S-CDs的荧光特性,与Fe3+结合构建了“关-开”型荧光探针用于抗坏血酸(AA)的高灵敏检测。根据研究,Fe3+可以通过静电猝灭机制猝灭N.S-CDs的荧光,但在抗坏血酸存在下,Fe3+可以被还原成Fe2+,抑制荧光猝灭得到了恢复,从而实现对抗坏血酸的检测。在最优实验条件下,获得检测抗坏血酸的线性范围为10-150 μmol/L,检测限为2.31μmol/L。该方法成功地应用于水果中抗坏血酸含量的检测,获得了满意的结果,其回收率范围为93.12-106.89%。在本工作中,由碳量子点构建的荧光传感器制备工艺简单、环保、快速、检测效率高。因此,有望成为应用于水果样品中抗坏血酸检测的候选方法。(3)利用上述水热法制备的N-CDs作为荧光探针,建立了一种基于内滤波效应(IFE)的简单灵敏、选择性高的碱性磷酸酶(ALP)活性检测方案。底物对硝基苯磷酸二钠(PNPP)在ALP催化下水解,酶解反应产物对硝基苯酚(PNP)是一种强吸光物质,它的最大吸收波长与制备的N-CDs的激发波长有着明显的重叠,竞争性吸收显著减弱了 N-CDs的激发,导致N-CDs的有效猝灭。在最优条件下,N-CDs的荧光猝灭程度与碱性磷酸酶活性成一定的线性关系,该方法的线性范围为0.05-10U/L,检测限为0.037U/L,与之前报道的大多数检测方法相比检测限更低。该荧光探针具有简便、灵敏、选择性高、用量少的优点,并成功应用于家畜动物血清中碱性磷酸酶含量的测定。在本工作中,提出的基于IFE的检测方法,无需对荧光团进行复杂修饰,为简便、快速检测酶活性开辟了新的途径,有望应用于构建新的荧光检测平台。
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