高量子产率的近红区发射碳点的可控制备及分析应用

Based on the pre-experimental result of the successful preparation of near-infrared emission carbon dots (CDs) with high quantum yields (QYs) using the advanced oxidation of carbon origins, a method recently found by ourselves, the present program will further investigate the effect of different carbon origins, concentration and intensity of the acids, reaction temperature and time on the luminescent behaviors of CDs, trying to find out the intrinsic relation and the law between the high QYs near-infrared emission of CDs and its composition, size, surface state. By means of the above study, we hope to realize the controlled synthesis of the CDs and the scientific illustration of its luminescence mechanism, and develop a novel CDs-based near-infrared sensing and bio-imaging method to prove its luminescence advantages in biomedical applications. The program, with important academic and applied values, would supply a better technology and methodology for biomedical research fields, and deepen peoples' the understanding to CDs' luminescence behavior.

本项目拟借助本课题组近期发现的快速深度氧化碳源方法所制得的高量子产率近红区发射荧光碳点的实验基础，进一步考察几种不同碳源、不同强度浓度酸、不同温度及反应时间等实验条件对所生成碳点发光性能的影响，摸索碳点高荧光量子产率的近红区发射行为与其组成、粒径、表面态等的内在联系与规律，旨在实现该种碳点的可控实验制备与发光行为的科学解释，并将该碳点作为近红区传感和成像材料用于生物医学相关研究领域，求证其在实际应用中的发光性能优势。该研究可以加深人们对碳点发光机制的理解，并为生物医学研究提供更好的实用技术手段，具有重要的学术和应用价值。

波长在近红区发射信号能有效避开生物基质的背景荧光干扰。但目前仍很难获得在近红区有较强荧光的碳点。本项目旨在基于本课题组已有实验基础，进一步考察快速深度氧化碳源等方法，摸索碳点高荧光量子产率的近红区发射行为与其组成、粒径、表面态等的内在联系与规律，旨在实现该种碳点的可控实验制备与发光行为的科学解释，并将该碳点作为近红区传感和成像材料用于生物医学相关研究领域，求证其在实际应用中的发光性能优势。.一、采用浓硝酸氧化活性炭法制备高量子产率近红区发射荧光碳点, 高量子产率（18%）和长波发射荧光（520/600nm）特性主要可能源于高含量N原子掺杂和大的平均粒径（7 nm）。 .二、采用浓硝酸氧化酒精灯灰制备高量子产率、强绿光发射的石墨烯量子点(CQDs)，其发射效率高达50%以上。该CQDs可作为pH依赖的荧光探针，构建了对血液中尿素的测定体系。.三、水热法制备了铜掺杂碳点。该铜掺杂碳点对对硝基苯酚的还原有很好的催化降解能力并伴随有自身荧光信号变化。这种双功能特性非常有利于碳点在催化和传感领域的交叉研究。.四、制备了钴掺杂的荧光碳点（CoCDs）。该碳点具有过氧化物模拟酶性质，且降解H2O2产生•OH，可导致碳点的荧光猝灭，因此，利用该碳点的荧光成像，可实现细胞内活性氧水平检测，并对细胞凋亡过程进行实时成像监控。.五、借稀土掺杂可制备稀土用量少，生物毒性小的稀土掺杂碳点。该碳点在常见碳点发射峰之外，呈现长波长、窄发射的稀土发射峰。可据此进一步发展红区荧光（比率法）传感体系，或控制掺杂稀土组成，发展基于稀土掺杂碳点的荧光编码新技术。