采用溶胶凝胶法制备出一种荧光性能稳定的氧化锌量子点(ZnO-NH2 QDs), 并对其进行紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X 射线光电子能谱(XPS)、荧光(PL)表征。基于Cu2+对ZnO-NH2 QDs动态荧光猝灭且Cu2+可与邻苯二胺(OPD, 为非荧光物质)反应生成具有黄色荧光的2,3-二氨基吩嗪(DAP)的机理, 开发了一种具有特异性识别Cu2+的ZnO-NH2 QDs荧光探针以及ZnO-NH2 QDs+Cu2++OPD荧光传感系统。该探针在40~9 000 nmol/L的线性范围内检测Cu2+, 检测限(LOD)为3.93 nmol/L。在自来水中的加标回收率范围为98%~100.58%, 在柳江水中Cu2+的加标回收率范围为97.43%~101.47%。实验结果表明该探针对Cu2+有较好的选择性和准确度, 能为金属离子Cu2+的荧光快速检测提供一种新思路。

膀胱癌是泌尿系统中最常见的肿瘤之一。目前, 化疗与手术切除等治疗手段不能有效治愈该肿瘤, 并且上述两种治疗方式会产生副作用, 降低患者的生活质量。光疗则为膀胱癌提供了一种新的治疗手段。在本工作中, 以靶向膀胱癌细胞的小肽PLZ4修饰多功能碳点, 得到了兼具靶向膀胱癌细胞及光动力/光热治疗功能的PLZ-4碳点(PCDs)。细胞实验表明该PCDs能够用于膀胱癌细胞靶向成像, 并且在635 nm激光照射下, 能高效杀灭膀胱癌细胞。活体实验表明经过尾静脉注射后, PCDs能够有效地聚集在原位膀胱癌处, 在635 nm激光照射下, 原位膀胱癌能够被完全清除, 表明该PCDs在荧光成像介导的光动力/光热治疗原位膀胱癌中有潜在的应用价值。

Fe3+在人的许多生理过程中扮演着重要的角色, 例如氧气运输、DNA合成、髓磷脂合成、线粒体呼吸、神经递质合成和代谢等。然而, 过量的Fe3+会诱导细胞产生·OH从而引起细胞损伤, 并且还会诱导β-地中海贫血、帕金森病、癫痫和阿尔茨海默病等疾病的发生。因此, 对Fe3+的检测和监测具有非常重要的意义。本文设计并合成了一种以三苯胺为母体的增强型Fe3+荧光探针BL, 并将其应用于实际水样中Fe3+的识别。结果表明, 探针BL对Fe3+的识别具有较高的灵敏度, 其检测限低至0.165 μmol·L-1。同时, Fe3+的加入会导致探针溶液的荧光颜色由蓝绿色变为黄色, 能够达到“裸眼”识别的效果。通过高分辨率质谱证明了探针与Fe3+为1∶1配位。利用密度泛函理论计算了识别Fe3+前后轨道能级和电能的变化并解释了其荧光光谱现象。

以叶酸和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸为原料, 制备了具有丰富氮含量(10.0%)和高荧光量子产率(23.64%)的N,P-CDs。由于Hg2+与N, P-CDs之间的电子转移作用, N,P-CDs的荧光将被猝灭, 基于此构建了半胱氨酸/同型半胱氨酸(Cys/Hcy)增强型纳米探针。利用Hg2+和硫醇基团之间更强的相互作用, 实现Cys/Hcy的检测。Cys的测定在0.1~150 μmol/L范围内存在线性关系, Hcy的测定在0.1~100 μmol/L范围内存在线性关系, 检测限分别为30 nmol/L和50 nmol/L。此外, 本文所制备的N,P-CDs具有较强的抗基质干扰能力, 可用于自来水和尿液等真实样品检测; 因其超低的细胞毒性和出色的细胞渗透性, 可用于检测活细胞内的Hg2+/Cys, 在生物传感方面具有较为广阔的应用前景。

以柠檬汁和尿素为原料, 通过一步简单的微波热解制得了含氮荧光碳点(NCDs)。所得碳点发蓝色荧光, 量子产率高达53.1%。Hg2+可以与NCDs表面基团络合形成非荧光的稳定化合物, 导致荧光猝灭。通过荧光猝灭与寿命的关系和紫外-可见光谱的变化情况得出猝灭应属静态猝灭。另外, 卡托普利的加入可以使NCDs荧光得以恢复, 这是因为Hg2+与卡托普利的成键作用强于NCDs, 卡托普利的加入使Hg2+ 脱离NCDs表面, 荧光得以恢复。在最优化的实验条件下, 卡托普利的检测范围是0.25~25 μmol·L-1, 检出限为0.17 μmol·L-1。该探针成功地用于卡托普利片剂中有效成分的测试并取得了满意的效果。

碳点(CDs)作为一种新型的零维碳基纳米材料, 由于其优异的荧光性质、良好的生物兼容性、低细胞毒性以及丰富的表面官能团等性质, 在荧光传感和生物医学领域具有巨大的应用潜力。特别是针对肿瘤弱酸性的微环境特点, 设计pH响应型碳点来实现对肿瘤的特异性治疗将尤为重要。本文对近年来基于pH响应型碳点的研究工作进行了系统的调研, 综述了pH响应型碳点的荧光机制及其在pH传感、生物成像及癌症治疗等生物医学领域的应用, 并对pH响应型碳点目前面临的主要挑战以及未来发展的方向进行了展望。

以青霉胺(DPA)为还原剂和稳定剂, 通过一锅法一步制备了青霉胺稳定的铜/银双金属纳米簇(DPA-Cu/Ag NCs), 并将其作为一种传感器用于检测水样中的银离子。该银离子传感器具有价格低廉、分析速度快速、选择性高等特点。采用透射电子显微镜(TEM)等方法表征了DPA-Cu/Ag NCs的结构及其化学组成, 并通过荧光光谱和紫外-可见光谱法研究了DPA-Cu/Ag NCs的光学性质。结果表明, 该DPA-Cu/Ag NCs在激发波长为300 nm时的最大发射波长为555 nm, 其溶液在可见光照射下呈现乳白色, 在紫外灯照射下则呈现出明亮的黄色荧光。在DPA-Cu/Ag NCs的制备条件达到最优化的情况下, 可以将其作为探针, 用来高选择性、高灵敏性地检测银离子。该探针检测银离子的检测限为0.3 μmol/L, 线性范围为0~500 μmol/L。该DPA-Cu/Ag NCs探针还可应用于自然环境水样(湖水、瓶装矿泉水和实验室自来水)中银离子浓度的检测, 其检测性能十分优异且具有良好的准确度和重现性, 表明DPA-Cu/Ag NCs探针在环境检测方面有非常高的应用价值。

通过一步水热法合成了荧光量子产率高达34%的锌掺杂碳量子点（Zinc doped carbon quantum dots, Zn-CQDs）, 并对Zn-CQDs的结构性能进行分析。基于Cu2+与H2O2产生羟基自由基可有效猝灭Zn-CQDs, 构建了Zn-CQDs-Cu2+ 荧光探针检测过氧化氢和胆固醇浓度。实验发现, 在pH=7.60的N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸（HEPES）缓冲溶液中, 于50 ℃孵化40 min时, 体系的（F0－F）/F0与H2O2浓度在1.0×10-5~1.0×10-6 mol/L范围内, 与胆固醇浓度在3.0×10-5~9.0×10-7 mol/L范围内分别呈良好的线性关系, 检出限分别为7.2×10-7 mol/L和6.8×10-7 mol/L。该方法用于水样中H2O2和牛奶中胆固醇含量的测定, 回收率分别可达98.55%~105.4%和98.00%~103.0%, 结果满意。该方法也为检测H2O2生成反应的其他代谢物提供了有效的检测思路。

制备了水溶性半胱氨酸修饰的CdTe和CdTe/CdS核壳结构量子点, 实现了对叶酸分子的特异性荧光标记, 可作为具有应用潜力的叶酸浓度快速测定荧光探针。实验结果表明, 叶酸分子可以使CdTe量子点发生明显的荧光猝灭, 而在CdTe/CdS核壳结构量子点中, 没有观察到这种猝灭行为。本文采用Stern-Volmer方程对荧光猝灭机制进行了分析, 研究表明该猝灭机制是静态荧光猝灭。CdTe量子点在与叶酸分子作用过程中, 荧光光谱发射峰发生了约35 nm的蓝移, 热力学计算表明, 量子点可能与叶酸分子通过静电作用形成了络合结构。

以猪骨和乙二胺为碳源和氮源, 通过一步水热法合成了氮掺杂碳量子点(N-CQDs), 并优化其制备条件。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射图(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和X射线光电子能谱(XPS)技术, 研究了N-CQDs的结构和光学性质及元素组成。所制备的N-CQDs具有较高的量子产率(26.4%), 平均粒径为2.34 nm, 在365 nm紫外光照射下呈现出明亮的蓝色荧光。研究发现Co2+对N-CQDs有良好的猝灭作用, 从而建立了一种快速检测Co2+的新方法。N-CQDs荧光猝灭强度与Co2+浓度在0～15 μg/mL和30～80 μg/mL呈良好的线性关系, 检出限为20 μg/L, 加标回收率为97.26%～109.14%, RSD＜3.24%, 能够应用于实际水样中Co2+含量的测定。