新型荧光碳点的制备及金属离子的检测

新型荧光碳点的制备及金属离子的检测摘要越来越多的科学家开始关注碳纳米结构，荧光碳点已经成为了碳纳米材料家族的一位新成员，与其他纳米材料相比，他们具有很多独特和新颖的性质，如稳定的荧光性能，可自由调节的激发和发射波长。碳点的制备方法很多,本文主要研究荧光碳点的制备方法最终采用水热和微波法制备出碳点，再用制备出的碳点来检测金属离子。关键词：荧光碳点；条件探索;微波法；水热法；金属离子ABSTRACTInthisresearch,anassayforliberationofdrughasbeendevelopedbasedonthepropertiesoflocalizedsurfaceplasmonresonance(LSPR)ofgoldnanorods.Themechanismofliberationofdrugresultedfromgoldnanorodshasbeeninvestigated.Ontheotherhand,theoptimalexperimentalconditionsuitableforinvivohasalsobeenconducted.Theresultsillustratethatthisapproachissimpleandeffective.Ourresearchshouldofferanewtechniqueinclinicaltreatment.Keywords:Goldnanorods;Localizedsurfaceplasmonresonance；Cysteien;Doxorubicin湖南科技大学本科生毕业设计（论文）i目录第一章绪论............................................................11.1金纳米棒的光学性质................................................11.2金纳米棒在生物科学的应用..........................................11.2.1体外诊断.....................................错误!未定义书签。1.2.2体内治疗.....................................错误!未定义书签。1.2.3体内成像.....................................错误!未定义书签。1.2.4光热疗法.....................................错误!未定义书签。1.3课题的提出........................................................4第二章实验部分........................................................52.1引言..............................................................52.2实验试剂和主要仪器.................................................52.2.1主要试剂.....................................................52.2.2实验仪器.....................................................52.3溶液的配置........................................................62.4金纳米棒的制备....................................................72.5激光照射诱导阿霉素的释放..........................错误!未定义书签。2.5.1金纳米棒的预处理及药物阿霉素的负载...........错误!未定义书签。2.5.2透析袋的处理.................................................72.5.3阿霉素的释放.................................................72.6金纳米棒对半胱氨酸的负载及释放过程................................82.6.1半胱氨酸的负载...............................错误!未定义书签。2.6.2半胱氨酸的释放...............................错误!未定义书签。2.7用化学方法对阿霉素的负载及释放过程................错误!未定义书签。2.7.1金纳米棒的表面修饰和阿霉素的负载.............错误!未定义书签。2.7.2阿霉素的释放.................................错误!未定义书签。第三章结果和讨论.....................................................93.1激光照射诱导阿霉素的释放..........................................93.1.1阿霉素的负载.................................错误!未定义书签。3.1.2阿霉素的释放.................................错误!未定义书签。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）ii3.1.3实验机理探讨................................错误!未定义书签。3.2金纳米棒对半胱氨酸负载及释放......................错误!未定义书签。3.2.1半胱氨酸的负载..............................错误!未定义书签。3.2.2半胱氨酸的释放..............................错误!未定义书签。3.2.3实验机理探讨................................错误!未定义书签。3.3用化学方法对阿霉素的负载和释放....................错误!未定义书签。3.3.1阿霉素的负载................................错误!未定义书签。3.3.2阿霉素的释放................................错误!未定义书签。3.3.3硫代硫酸钠浓度考察..........................错误!未定义书签。3.3.4实验机理探讨................................错误!未定义书签。第四章结论............................................................11参考文献...............................................................12致谢...............................................................13湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-1-第一章前言1.1.纳米材料的概述纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，按空间形态来分,纳米材料可包括如下三类：1.零维纳米材料:是指三维尺度上均在纳米尺度,2.一维纳米材料:是指二维尺度上均在纳米尺度,3.二维纳米材料:是指一维尺度上在纳米尺度.纳米材料最近今年发展很迅速，是因为它有很多不同于其它材料的一些性质。1．体积效应当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应2．表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化3．量子尺寸效应粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。4.量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米材料的这些性质使得纳米材料在很多物理和化学方面都显示出了特殊的性质。1.1碳量子点的概述纳米碳点，也被叫做碳点（C-Dots)。它于2004年被人们通过电泳管净化单层纳米管首次发现，纳米碳点的粒径一般小于10nm。从理论上讲，凡是含有碳元素的化合物都可以制成碳点，所以制备碳点的原料易得且价格优廉。与金属量子点比较，碳量子点无毒，对环境危害较小。与传统的碳材料相比，新型碳量子点具有很好的荧光性能，因为这一良好的性能，它也被称为荧光碳点。除此之外，新型碳点还具有具有优异的水溶性，化学惰性，所以近年来，越来越多的科学家投入到这一领域的研究。碳点的表面通常有些羟基，羧基等功能性基团，这些基团在有机上被认为是亲水性，所以碳点才具有良好的水溶性。碳点还能与很多有机物，高分子聚合物、无机分子结合实现进一步功能化,这一性能使得它在在很多方面都得到了广泛的应用。1.2碳量子点的合成近年来，各国科学家采用不同的原材料，通过设计不同的合成路线和和采用不同的修饰方法，合成了具有优良性能的荧光碳点。而制备碳点的方法从大致上来讲分为两种：自下而上（Top-down）和自上而下(Bottom-up)。自下而上（Top-down）包括电弧放电法、湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-2-激光消融法、电化学法等。它是指通过物理或化学的方法使块体材料的尺寸由大变小,直至纳米尺度的范围内。另一种自上而下法（Bottom-up）包括热解有机物法、微波合成、掺杂等。它倾向于采用化学合成法使块体材料的尺寸由小变大。下面将介绍几种碳点的合成方法。1.2.1电弧放电法这种方法是比较早的，也是比较经典的一种。2004年，Xu等在用电泳分离并纯化由电弧放电处理烟灰得到的单壁碳纳米管(SWCNTs)时,偶然发现了一种未知名的具有荧光性能的碳纳米颗粒。但是发现这种碳纳米颗粒的亲水性不是很好，为了提高它的亲水性，采用了如下的方法进行处理。具体如下：他们用3.3M的HNO3来氧化这种碳纳米材料，目的是引入亲水性基团羧基。接着再用pH=8.4的NaOH溶液来去掉沉淀物生成一个稳定的黑色悬浮液，最后再通过溶胶电泳的方法处理悬浮液分离得到SWCNTs,管状碳和高荧光性碳点。但是他们发现这种高荧光性碳点并不不是单一光，在366nm的激发波长下会产生橘色，黄色和绿色荧光。他们在对黄色荧光进行元素分析时，发现其中C、O、H、N的含量分别为53、93%，40、33%，2、56%，1、26%，所以他们得出结论是碳点主要是由C和O两种元素组成的。1.2.2激光消融法2006年，Sun等采用激光消融石墨粉的方法制备出来一种碳纳米颗粒，并把它称为碳点。具体操作如下：将碳粉在氩气的氛围下通过一系列步骤制成碳靶，然后在流动的氩气氛围和900°C水蒸气中用Nd:YAG激光器进行消融,最后在销酸中加热回流12h,得到了粒径大小在4-5nm之间的碳点，但是他们发现这样制成的碳点几乎没有荧光，为了提高碳点的荧光性能，他们用一些如聚乙二醇(PEG-1500N)，聚丙酰乙烯亚胺-乙炼亚胺(PPEI-EI)等一些以氨基封端的高分子化合物来钝化碳点的表面。但是,这种制备方法的过程较为繁复耗时，条件苛刻，不适宜制备大批量的碳点。随后，Hu改进了这一方法，将激光消融和钝化相结合，通过一步激光消融法制备出了粒径在3.2nm的碳点。这种方法不仅操作简单，而且制出的碳点荧光性能很好。具体操作过程如下：他们将炭黑分散在三种钝化试剂（水合肼、二乙醇胺、PEG-200）中，先将混合物超声，然后再在Nd-YAG激光器下照射2h