基于生物质碳点荧光探针的设计及在药物分析中的应用

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荧光碳点(CDs)是目前应用十分广泛的纳米材料。其不仅具有良好的生物相容性和光稳定性,还具有制备过程简单、易于功能化等特点。自2004年被首次发现以来,CDs在药物负载、生物成像和分析检测等领域都有着良好的应用前景。目前,以生物质材料作为碳源来制备CDs的策略受到越来越多研究工作者的关注,相比于其他碳源,生物质材料具有低成本、可大规模合成等优势。在能源日趋紧张的今天,对于生物质CDs的深入研究是目前很有挑战性和发展潜力的热点课题。因此,如何选取合适的碳前驱体,并设计合成多功能复合材料十分重要。本论文采用甘薯皮、猪骨头等生物质材料作为碳前驱体,结合不同方法合理制备功能性材料,建立新型的荧光传感体系,并用于环境及食品样品中药物的快速、高选择性、高灵敏度的分析检测。本论文的绪论部分首先对生物质CDs的性质、合成、改性、猝灭机理以及在荧光分析领域的工作进展进行简单的介绍。随后,从以下几个方面开展了具体的研究工作:1、以生物废弃物甘薯皮作为碳源,制备了生物质CDs;以土霉素为模板分子,采用溶胶-凝胶法制备了基于该生物质CDs的分子印迹荧光探针。通过透射电镜、红外、紫外、X射线光电子能谱和荧光分析等手段对材料的形貌、结构和光学性能进行一系列表征,并对其猝灭机理进行了相关的探索。实验结果表明制备的荧光分子印迹聚合物具有良好的光学稳定性和结构稳定的特异性识别位点,可以选择性的检测模板分子土霉素。同时,通过简单的分离再分散过程避免了蜂蜜样品中的自发荧光的干扰。基于此,我们构建了一种高选择性、高灵敏度的用于检测蜂蜜中土霉素的分析检测方法,实验结果令人满意。2、目前,生物质CDs在分析检测方面的应用较为广泛,但仍存在一定的局限性,比如通过水热反应制备生物质CDs所需时间过长,以及实际样品中的生物大分子可能对复杂样品的分析检测产生一定的干扰。为了提高反应速率,采用高压微波法实现了高效快速合成生物质CDs。为了提高材料的抗干扰能力,引入限进材料,以甲基丙烯酸缩水甘油酯作为共聚单体,以增加复合材料表面的羟基,避免生物大分子的干扰。得到的多功能复合材料不仅可以选择性识别甲硝唑,还兼具良好的可重复使用性。我们将合成的多功能复合材料成功地应用于马血清中甲硝唑的高灵敏度和高选择性检测,回收率为93.5%-102.7%。3、以生物废弃物猪骨头作为碳源,制备得到了具有自掺杂特性的生物质CDs。其中,钙,硫和氮元素通过自掺杂效应存在于生物质CDs的结构中。一般来说,荧光纳米材料的发光特性容易受到极端条件的影响导致荧光猝灭。然而,本实验制备的生物质CDs具有荧光强度高、稳定性好等优点,可应用于强碱环境下。此外,我们利用制备得到的生物质CDs构建了一个荧光“开关”平台并实现了乐果农药的选择性检测。当生物质CDs与双硫腙混合时,由于配位反应,生物质CDs的蓝色荧光猝灭。随着农药乐果的加入,修饰在生物质CDs上的双硫腙配体被乐果的水解产物所取代,从而使体系的荧光得以恢复。在最优实验条件下,乐果的线性检测范围为0.15-5.0μmol L-1,最低检出限为0.064μmol L-1。我们将建立的方法应用于环境水样中乐果的快速检测,回收率为93.4%-104.9%。4、通过高温固相热解法制备的生物质CDs具有使用溶剂少、可大规模合成等优势,随后采用一步法将生物质CDs封装在介孔二氧化硅中,并进一步与L-半胱氨酸修饰的锰掺杂硫化锌量子点结合,形成一种新型的比率荧光探针。其中,生物质CDs在459 nm处的荧光强度作为参比信号,锰掺杂硫化锌量子点在599 nm处的荧光强度作为响应信号用于检测烟嘧磺隆。本文构建的比率荧光探针不仅可以降低环境干扰,还由于其独特的介孔结构和高比表面积增加了荧光探针与烟嘧磺隆的接触面积。我们将建立的方法用于环境水样中烟嘧磺隆的检测,获得令人满意的实验结果。
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