荧光石墨烯量子点制备新方法及其在羟基自由基检测中的应用

Graphene quantum dot ( GQDs ) is a new kind of carbon-based quantum dots of two-dimensional structure which is endowed with unique optical and magnetic properties resulting from its significant quantum-confinement effect and boundary effect, making it become a robust candidate material for biological and chemical sensor. The applications of GQDs is highly dependent on effective tuning of their properties and simple preparation of high-quality GQDs with a high yield. In this project, we will develop a new method for preparation of GQDs through a chemical cutting and synchronous reduction progress. Based on a study on the interactions of the target and GQDs, we proposed a new assay for sensitive detection of hydroxyl radical in vitro and in living cells. The results obtained here would provide a novel strategy and method for the exploration of GQDs in biological and chemical field.

石墨烯量子点（GQDs）是一类新型二维结构碳基量子点，显著的量子限域效应和边界效应赋予了GQDs独特的光、磁性质，使其成为生物、化学传感、分析的候选材料。GQDs的应用依赖于它高效的制备和性质调控。本项目拟发展一种化学切割、同步还原制备高质量GQDs的新方法，通过研究自由基与GQDs的相互作用，发展体外和活细胞水平上检测羟基自由基的新方法。为拓展石墨烯量子点在化学、生物领域中的应用提供新思路和新方法。

羟基自由基是一类活性强，寿命短的氧中心的自由基，适量的羟基自由基具有维持人体内氧化-还原平衡，过量的羟基自由基会导致核酸、蛋白质以及机体损伤。发展准确检测与清除羟基自由基的技术和方法是一项意义重大且具挑战的研究。本研究以新型碳基纳米材料-石墨烯量子点（Graphene quantum dots）为化学传感与分析候选媒介材料，发展石墨烯量子点合成新方法。采取自上而下的合成策略，利用胺/过氧化氢切割与还原氧化石墨烯片，水热条件下制备小尺寸石墨烯片和荧光石墨烯量子点。棕黄色石墨烯量子点溶液，发光颜色集中于蓝-绿色区间。石墨烯量子点具有激发依赖的光致发光特征以及环境（温度、酸度、离子强度和年度）依赖性。良好的水分散性和生物兼容性，赋予GQDs生物成像中的潜在应用；芬顿反应产生的羟基自由基对GQDs发光的影响研究中发现，反应底物亚铁离子和过氧化氢对GQDs的发光影响可忽略，生成的三价铁离子对GQDs具有显著的淬灭效果，乙二胺四乙酸二钠（EDTA）敏化GQDs对二价/三价铁离子响应，可发展成为一种新的铁离子形态分析荧光探针。利用H2O2/GSH调控二氧化锰纳米片开关GQDs发光的原理，二氧化锰纳米片-石墨烯量子点杂化探针可用于荧光体外评价与检测细胞氧化-还原水平。此外，GQDs的光学传感易受限于发射波长短和难以调制的不足，水热合成了一种具有无流体保护室温磷光的碳点，可有效消除生物样本中基质效应。发展了一种无标记的磷光检测含磷酸根生物代谢物新方法。以上这些实验结果表明，胺/过氧化氢水热切割与还原机制可控制备荧光石墨烯量子点和小尺寸石墨烯片，荧光GQDs通过杂化和修饰的途径与方式用于多种生化水平的评价和生物传感。发表学术论文4篇，申请国家发明专利2项。