功能化石墨烯量子点合成与荧光传感

Abstract: Functionalized graphene quantum dots (F-GQDs) with well-defined structures, high quantum yield and red emission will be synthesized using graphene oxide (GO) and rare earth compounds through a hydrothermal approach. The effects of temperature, solvent, pH and co-existing ions on the F-GQDs fluorescent properties will be investigated. The obtained F-GQDs will be applied to the cell imaging, cell tracking and the detection of PO43- in cells. SiO2 microspheres encoded with Fe3O4 magnetic nanoparticles will further functionalized with amino groups. Then, the multi-functionalized GQDs hybrid can be obtained via amidation process between the carboxyl group on F-GQDs and the amino groups on SiO2 microspheres. The multi-functionalized GQDs hybrid will take as the role as nanocarriers to loadg and delive anti- liver cancer drug, docetaxel. In the hybrid, F-GQDs will be taken as templates for the drug loading and the fluorescence signal tracer, and Fe3O4 magnetic nanoparticles will used as targeted indicators. In addition, amine-functionalized GQDs will be prepared using GO, ammonia and hydrogen peroxide. Then, the amino groups on these GQDs transform to azide groups through azidation reaction. The fluorescent sensors for the detection of S2- and SO32- will be constructed based on the unique reduction between S2-, SO32- and azide groups. The response mechanism will be investigated and discussed, and the proposed sensors will be used to the detection of S2-, SO32- in natureal samples.

以氧化石墨烯（GO）和稀土金属化合物为原料，通过合成条件优化，制备尺寸均一、荧光量子产率高且能够发射红色荧光的功能化石墨烯量子点（F-GQDs）。考察温度、溶剂、pH及共存阴阳离子等对其发光行为的影响，并进行细胞成像、细胞示踪和细胞内PO43-离子的检测的应用。利用氨基和羧基的脱水缩合反应，将带有羧基且发红光的F-GQDs与表面带有氨基的磁性纳米颗粒Fe3O4进一步反应，得到磁性荧光多功能GQDs复合物，以复合物中的GQDs作为载药载体和示踪指示物，以磁性纳米颗粒Fe3O4作为靶向输送载体和指示物，应用于抗肝癌药物多西紫杉醇的负载和传递研究。以氧化石墨烯、氨水、H2O2为原料合成的表面富含氨基的GQDs进行氨基叠氮化，利用S2-、SO32-与叠氮离子之间的特异性反应构建测定S2-、SO32-的荧光传感体系，探讨响应机理，并应用于实际样品的检测。

石墨烯量子点（GQDs）作为碳量子点的一类，不仅具有碳量子点的优点，还具有石墨烯的比表面积大，具有可以连接其它基团的π-π共轭结构等特性，显示了它在细胞成像和示踪等生命科学领域，以及环境分析领域的良好应用前景。研究工作以多巴胺、柠檬酸、赖氨酸或EDTA为氮源，结合水热法和微波合成方法，获得多种形貌和尺寸的GQDs，研究并获得其控制技术和方法，通过合成不同氮源的前驱体和合成条件方法，进行具有不同发光波长的GQDs的调控；采用自上而下的方法，制备了掺杂或修饰异原子（以Eu3+为代表）的GQDs，异原子的存在在一定程度上改变了GQDs的电荷密度和分布情况，影响了GQDs的理化性能，如荧光量子产率提高、出现了类酶催化活性、表面反应活性增大、反应位点增多等，提高检测出方法和成像传感的灵敏度；通过N-GQDs的荧光量子产率，水溶性和光稳定性、抗盐度能力和生物相容性的提高。进行细胞成像和焦磷酸根的检测。开展了类石墨结构的氮化碳纳米片（g-C3N4 nanosheets）合成制备和各种元素掺杂的研究，将这一类g-C3N4材料作为荧光探针料，开展各种分析应用研究。研究采用了来源广泛、低成本和环境友好的原料，以热聚合法合成块状g-C3N4和掺杂磷元素的功能化块状P-g-C3N4。通过超声剥离法、酸氧化法和水热合成法等自上而下法制备了g-C3N4 nanosheets和高量子产率的功能化P, O-g-C3N4 nanodots，扩展了g-C3N4纳米材料分析检测的应用范围；在获得超轻氮掺杂三维石墨烯制备方法的基础上，进一步合成获得了具有超双亲浸润性能的3D石墨烯材料，克服了以往3D石墨烯浸润性单一的缺点。3D PAGF对水、油和有机物等多种不同性质的液体都具有很高的吸附容量，可应用于对水体表面和溶解于水体中的污染物的吸附与富集，同时其双亲特性为水/油两相的异相界面催化提供了很好的介质通道。