荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展

荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展

董小绮;菅晓婷;柴双双;杨江华;肖雪棋;郑力孟;吕俊杰

【摘要】巯基化合物是生物体内一类重要的抗氧剂,包括半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽等生物硫醇类化合物,在体内参与一系列典型的生化反应,有助于维持正常

的生理功能,当含量异常会导致多种疾病.因此,定量检测巯基化合物在相关疾病研究和诊断方面具有重要的意义.目前,利用高选择性、高灵敏度的荧光探针检测巯基化

合物已成为前沿课题之一.碳量子点(CDs)因具有优良的荧光稳定性、极好的生物相容性、耐光漂白以及易制备等优良的性能,作为一类荧光探针检测巯基化合物得到

了广泛的应用.类似于其他纳米探针,当荧光CDs用于检测巯基化合物时,基于信号

检测的竞争机制,引入猝灭剂和巯基化合物竞争性结合荧光碳量子点,由于巯基化合

物的高亲和力和强亲核性,使荧光恢复.本文综述了碳量子点的制备和特性,以及在检测巯基化合物方面的研究进展.

【期刊名称】《化学研究》

【年(卷),期】2018(029)005

【总页数】6页(P529-534)

【关键词】碳量子点;巯基化合物;荧光探针;光学特性

【作者】董小绮;菅晓婷;柴双双;杨江华;肖雪棋;郑力孟;吕俊杰

【作者单位】山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医

学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大

学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山

西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原030000

【正文语种】中文

【中图分类】R96;O657.3

1 巯基化合物

1.1 生理功能

巯基化合物广泛分布于细胞、体液、组织等生理结构中，是机体内重要的组成部分，与许多生理功能密不可分，起着至关重要的作用. 含巯基的化合物如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)、谷胱甘肽(GSH)等小分子巯基化合物，生命体系的维持与其

含量是否正常有直接或间接的联系，当其含量超出正常的范围时，正常生命体系则会受到影响，可能预示着某些生理机能已经发生病变，也可能直接对生命体产生损伤. 半胱氨酸是一种条件必需氨基酸，是蛋氨酸脱甲基过程中生成的代谢产物. Hcy 以氧化和游离形式存在于人体血浆中，几乎99%以氧化形式存在. 半胱氨酸的功能包括参与甲硫氨酸代谢、调节体内甲基化、翻译后修饰作用、与金属离子结合、以及解毒作用等. 它的浓度升高程度与疾病的危险性成正比，半胱氨酸含量升高促进脂蛋白的氧化和老化，削弱免疫系统，导致脑损伤等问题，进而可能会引发脑血管疾病、高血压、骨质疏松和肾脏疾病[1]. 谷胱甘肽由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成，在体内以还原型和氧化型两种形态存在，其中还原性谷胱甘肽大量存在并起主要作用，在几乎所有生理生化过程中都可以看到. 谷胱甘肽的活性基团是巯基，该基团可以发挥消除人体自由基的作用，从而起着抗氧化、抗衰老、解毒和保肝等作用. 体内谷胱甘肽含半胱氨酸量改变，以及还原型和氧化型比例的改变可引发多种疾病. 如乳腺、卵巢、头颈部和肺部组织癌变时，血浆中GSH含量明显低于正常

细胞，而癌变细胞中GSH含量高于正常细胞. 此外，谷胱甘肽水平异常还与阿尔茨海默氏症和心血管等多种疾病有关[2]. 它还可以保护蛋白质中Cys的巯基免受氧化，因此对于检测生物系统中的巯基化合物的含量来诊断潜在疾病至关重要.

1.2 检测

基于巯基化合物的重要生理功能，监测细胞内Cys、Hcy和GSH的动态变化对疾病的早期诊断和疾病进展的评估是非常必要的. 目前已经开发出的检测方法包括色谱法、电化学方法、比色法以及荧光法等[3]. 色谱法虽然选择性好，但是洗脱时使用大量的有机溶剂，造成溶剂浪费，成本高，浪费大；电化学方法的重现性和稳定性较差，需要通过多种分离技术将巯基化合物分离出来再检测，操作繁琐；比色法只能用于半定量检测.

与以上三种方法相比，荧光法对比度高，荧光分析快，响应快，灵敏度高，操作简单，选择性好，可用于细胞活体成像和单个细胞的实时可视化示踪. 迄今为止，许多荧光法测定生物巯基化合物的纳米探针已被开发[4]. 目前，碳量子点作为一种新型纳米材料，荧光性能好，不含重金属且生物相容性好，对碳量子点进行表面修饰后其荧光量子产率明显提高. 碳量子点的优良光学性质使其在生物影像、生物标记和传感器等方面的应用成为研究热点. 本文从碳量子点的制备和性质出发，分析其检测巯基化合物的研究进展.

2 碳量子点的特性

2.1 荧光特性

碳量子点是由石墨、无定形碳结构和有机分子碳化修饰的官能团组成. 这些碳量子点显示出独特的荧光特性，这些性质在很大程度上取决于它们的形态、结构、大小和晶体特性. 一般可通过紫外/可见光谱(UV/Vis)来分析碳量子点的光学性质. 在紫外—可见吸收光谱中，碳量子点在约240和350 nm处表现出两个特征吸收峰. 紫外光照射后，在碳量子点内电荷发生分离，然后快速电荷重组，从而显示出光致发

光(PL)特性. 许多研究者认为，碳量子点的PL性能是由量子限制效应、表面缺陷、功能团和表面上的钝化程度等引发[5-7].

JIANG等报道了一种制备碳量子点的新方法，使碳量子点暴露于单一的紫外光下，碳量子点可以发出蓝光、绿光和红光[8]. 徐等从掺杂硫的石墨烯纳米纤维中制备了碳量子点，该碳量子点发光强度高，具有激发依赖性，用于Fe3+离子的检测[9].

碳量子点的表面钝化增强了光致发光性能，但是光致发光性能受碳源化学结构中羧基数量的影响. 例如分别以2-羟基异丁酸、苹果酸和柠檬酸为碳源，由于柠檬酸合成的碳量子点含有较多的羧基，因此其具有较高的量子产率. 光致发光也会随碳源量的增加而增强，但是表面钝化剂的用量达到一定的极限，便观察到负效应[10]. 2.2 结构特性

碳量子点是一种三维团簇近似球形的半导体晶体材料，一般由sp2杂化纳米晶碳

或无定形碳组成. 碳量子点的晶格间距与石墨或无定形碳的晶格间距一致[11]. 碳量子点由碳、氢、氧、氮4种基本元素组成，但是不同的碳量子点中各元素所占的

比例存在较大差异. 富含杂原子的前驱体(如头发和蛋白质)制备的碳量子点也含有

氮和硫元素. 由于杂原子中的孤对电子与碳原子中的孔道之间的共轭，氮和硫掺杂的碳量子点具有特殊的光电性质. 大多数碳量子点含复杂的表面基团，特别是与氧相关的官能团[12]. 但是碳量子点的粒径很小，一般在2～10 nm之间，易于通过

内吞作用到达细胞内，在细胞内作荧光标记，更好地应用于生物成像等领域.

2.3 毒性和生物相容性

碳元素是人体中存在的主要元素之一，而碳量子点的核心是碳元素，因此碳量子点是具有低细胞毒性的纳米颗粒. 较高浓度的碳量子点可刺激免疫应答，从而增加抗原决定簇因子和干扰素的水平；但这些刺激不会在免疫器官中产生任何形态变化[13]. 将小鼠暴露于聚乙二醇修饰的碳量子点下照射28天，肝指标水平没有显着

变化. 而且，即使在高于生物成像需要的碳量子点浓度下也没有观察到肝的形态变

化[14]. 急性、亚急性和遗传毒性研究结果表明，不同浓度的碳量子点对实验动物

的健康无不良影响，生物标记物无明显变化[15]. PEI是一种通常用于非病毒基因

递送研究的聚合物. 它们在基因治疗中高效，但与细胞毒性有关. 通过控制形成碳

量子点所需的热解时间，可以改变碳量子点-PEI部分的毒性分布[16].

3 碳量子点的制备

目前，碳量子点的制备方法总体上包括自上而下法和自下而上法两类. 自上而下法，是指将大分子的材料经过一系列化学或物理变化转变成小分子的碳量子点的方法，如电弧放电法、激光刻蚀法、电化学法等；而自下而上法，是将小分子的材料经过聚合、炭化等过程制备碳量子点的方法，如化学氧化法、水热法、微波法等，不同方法合成的碳量子点的发光效率、光谱特性等各有不同，可应用于不同的领域发挥各自优越的性能.

3.1 自上而下法

3.1.1 弧光放电法

XU等对燃烧灰进行弧光放电制备单壁碳纳米管，为了提高产物的亲水性，用硝酸将产物氧化，引入羧基，分离提纯的时候得到类似碳量子点的副产物，其粒径较一般的碳量子点大，有荧光效应. 由于弧光放电法产量低，提纯困难，在实验中很少用到[17].

3.1.2 激光刻蚀法

激光刻蚀法是通过激光束对合成碳量子点的原材料照射，使得碳量子点脱落，从而获得碳量子点的措施. SUN等用石墨粉与水泥的混合物进行烘焙、固化、热处理后，在温度为900 ℃、压力为75 kPa、Ar气流的条件下，用激光对得到的产物进行

烧蚀. 消融后，将其置于硝酸水溶液中加热回流，再用聚乙二醇钝化，将所得溶液冷却并离心以获得粒径小于5 nm的碳量子点. 通过聚乙二醇的修饰，碳量子点的

发光量子效应提高[18]. 在激光销蚀法中，制备的碳量子点因不能达到纳米级，很

容易在分离纯化过程中沉降并弃去，制备出的碳量子点粒径不均匀，纯度较低，荧光量子产率较低，仅为4%～10%.

3.1.3 电化学法

电化学合成法即通过碳材料的电解制备碳量子点的一种手段，且制出的碳量子点一般是水溶性的. 该方法制得的碳量子点的均一性好，碳源的利用较充分，易于大量制备，而且这种方法一般不需要通过表面修饰的方法来提高荧光碳量子点的产率. ZHOU等采用三个电极从多壁碳纳米管制备碳量子点，工作电极从多壁碳纳米管中得到, 反电极和参比电极分别为金属铂和Ag/AgClO4，电解质溶液为含四丁基高氯酸铵的乙腈溶液，在条件为0.2～2.0 V的电势和500 mV/s扫描速率下的反应过程中，电解质溶液从黄色变为深褐色. 颜色加深说明产物的量在增多. 通过进一步蒸发除去来自碳量子点表面残留的乙腈溶液. 这种方法得到粒径在2.8 nm左右的球状碳量子点，这种碳量子点表面均匀，荧光量子产率为6.4%[19]. HOU等利用适当比例的柠檬酸钠和尿素加入到超纯水中制成透明溶液，铂片作为电级，在5 V电压下反应得到黄棕色溶液，并经过透析制得碳量子点. 这种碳量子点分散性好，并且由于表面含有羟基，羧基等官能团，因此在水中具有良好的稳定性[20].

3.1.4 化学氧化法

化学氧化法是一种通过强氧化剂(如高锰酸钾、硝酸等)氧化碳源，从而制得碳量子点的方法. YAN等将淀粉在高温高压条件下碳化，将所得产物分散在含有HAc和H2O2混合氧化剂的蒸馏水中，然后超声波条件下反应一段时间，浓缩透析. 制得了一种淡黄色、能发出明亮的蓝色荧光，粒径小且均匀分散的碳量子点. 另外，它们具有优异的性能，例如耐光漂白，高光学稳定性和生物相容性[21]. 尽管这种方法制备的碳量子点表面性质和荧光发射的性能可以容易地修改，但是该方法存在一定的缺陷，如氧化试剂的残余物可能保留在碳量子点中，可能增加了毒性，违背了使用碳量子点的初衷.

3.2 自下而上法

3.2.1 微波法

相比较而言，微波法需要的反应条件简单，时间短，合成的产物粒度分布均匀，目前已经被广泛用于制备碳量子点. 微波法所选用的碳源一般分为：糖类、醇类和羧酸类. 例如WANG等把碳源和磷酸盐溶液混合体系在微波中加热，制得了粒径大约在2.1 nm的碳量子点，其荧光波长在430～525 nm的范围内，荧光从蓝色到绿色过渡 [22]. ZHU等将糖类和PEG-200溶于水形成透明均一的溶液，微波加热2～10 min，通过调节微波辐照的时间，形成不同碳化程度的碳量子点溶液. 制得的CQDs溶液已作为新型的荧光墨水，应用到生物成像、生物产品鉴定、信息加密、传感器等领域[23].

3.2.2 水热处理法

水热法是一种以水为溶剂，有机物为前驱体，在密闭的反应釜中达到高温高压的环境来制备碳量子点的一种方法. 与传统高温固相法相比较，水热法制备的产物粒径均匀，可控性强，分散性好. 并且可以通过一步反应同时对碳量子点进行修饰和氧化，而且通过修饰或氧化的碳量子点一般具有更加统一的粒径分布，分散性更均匀. 如果碳量子点表面带有一些特殊的功能基团，还可以使其具有一定的化学特性和电荷性. 水热法密闭的反应釜中制备碳量子点，不仅利于大量生产，还可以避免有害气体的挥发，防止其对环境的污染. 不仅如此，由于水热形成的密闭高压环境改变了反应物的性能，提高了反应活性，所以水热合成的温度相对低很多，已成为现阶段合成碳量子点常用的方法. ZHANG等将EDTA和硝酸铕溶于去离子水中，在聚四氟乙烯反应釜的高温环境下反应，制备出了单分散铕离子(Eu3+)掺杂的碳量子点，该碳量子点呈球形多孔状，并且保持良好的单分散性和稳定性，多个碳量子点粒子和部分EDTA相互连接反应，组成复合材料. 这种复合材料表现出独特的双荧光特性，因同时掺杂Tb3+和Eu3+，这种复合材料具有可调节色温的白光特性，

作为一种潜在的白光材料，有广阔的应用前景[24]. ZHU等用柠檬酸和乙二胺为原材料制备碳量子点，量子产率高达80%[25]. 水热法合成的碳量子点大多是以蓝光为主，产率已高达90%多，可用于大规模制备碳量子点[26].

4 碳量子点测定人体巯基化合物的应用

碳量子点由于发生荧光共振能量转移、光诱导电子转移等现象，荧光特性发生了变化，可以作为检测不同生物分子和非生物分子的传感器. 巯基化合物的含量与人体多种疾病的发生密切相关，碳量子点可以作为检测其含量的高灵敏性的探针. 研究表明，共掺杂碳量子点在荧光猝灭的情况下，巯基化合物可以使碳量子点荧光恢复. 碳量子点作为荧光探针检测巯基类化合物已经得到了广泛应用.

例如ZHENG等以蜡烛烟灰为原料，通过化学氧化法，酸处理烟灰并经过透析纯化后制得了平均粒径为1.5 nm的水溶性碳量子点，分散性良好. 基于铜离子有效猝

灭该碳量子点的荧光，且巯基化合物可以有效恢复碳量子点和铜离子体系的荧光现象，构建了一种开关型荧光探针检测巯基化合物，其机理为：一是碳量子点存在大量的羧基，由于碳量子点处于负电荷，铜离子带有正电荷，两者结合可使电荷转移碳量子点猝灭，二是人体内巯基化合物可以和铜离子发生络合反应，使得铜离子离开碳量子点表面，碳量子点恢复其荧光性(原理如图1). 郑再次用谷胱甘肽对猝灭

的碳量子点处理，以标准浓度的谷胱甘肽激活碳量子点，和未知浓度的谷胱氨肽对比，定量地测出其浓度[26]. XU等以酪蛋白为原料，采用一步热解法制备出了水

溶性、生物相容性良好的荧光硫氮共掺杂的碳量子点(如图2)，用来检测汞离子和

巯基化合物的细胞成像. 同时因汞离子对人体有害，所以用这种碳量子点来研究汞离子和巯基氨基酸将对医学预防有极大的帮助. 该实验将碳量子点作为生物传感器，即用此传感器可以测定生物所处环境中汞离子的含量，同时也可测定人体巯基化合物的含量. 添加汞离子后碳量子点的荧光被猝灭. 加入巯基化合物后，巯基化合物

与汞离子有强大的螯合作用，形成稳定的Hg-S键，进而从碳量子点表面移除汞离

子，碳量子点的荧光恢复. 随着巯基化合物浓度的增加，碳量子点系统的荧光强度逐步增强，甚至恢复到原来的强度，成功开发了一种高选择性检测巯基化合物的荧光传感器 [27].

图1 巯基化合物对Cu2+-CDs体系荧光恢复的原理示意图Fig.1 A schematic diagram of the principle of fluorescence recovery of Cu2+-CDs system by biothiols

图2 巯基化合物对NSCDs-Hg2+系统荧光恢复的原理示意图Fig.2 A schematic diagram of the principle of fluorescence recovery of NSCDs-Hg2+ system by biothiols

在大多数情况下,巯基化合物的检测多采用竞争性机制，金属离子通常被作为猝灭剂引入，与巯基化合物竞争碳量子点. 为了开发一种无金属离子的方法来检测巯基化合物，ZHU等以脯氨酰化的柠檬酸为原料、L-酪氨酸甲酯修饰制备出了不完全碳化的碳量子点. 与未修饰的碳量子点相比，Tyr-CDs显示明显的蓝色荧光，量子产率可达12.9%. 在酪氨酸酶存在的情况下酪氨酸修饰的碳量子点与锟类之间能进行能量转移，表现出更高的猝灭效率. 当靶向生物巯基化合物存在时，酪氨酸酶对生成醌的催化反应起抑制作用，荧光信号以浓度依赖的方式被恢复，为生物巯基化合物的定量分析提供了依据(如图 3)，可以有效地检测人体血浆样品中生物巯基化合物的含量. 该方法避免了重金属作为猝灭剂，提高了生物相容性，灵敏度高，响应速度快，为实际应用中生物巯基化合物的检测提供了新的思路[28].

图3 Tyr-CDs、酪氨酸酶和巯基化合物相互作用的原理Fig.3 Schematic diagram of interactions between Tyr-CDs, tyrosinase and sulfhydryl compounds

5 展望

碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料，在检测巯基化合物领域崭露头角. 目前已经研究出多种方法，但是碳量子点缺乏有效而稳定的修饰，成为提高其靶向识别

能力的限制因素，而且碳源的选择多为化学试剂，碳量子点制备工艺和处理工艺较为繁琐. 因此，在未来的工作中应加大荧光碳量子点的研发力度，改进制备工艺并且提高量子产率. 同时还应把研究从实验扩展到临床，更有效地应用于疾病的诊断与治疗. 相信一定会在生物医药领域展示其良好的发展前景.

参考文献：

【相关文献】

[1] 赵彦楠, 杨博逸, 孙贵范. 同型半胱氨酸与主要慢性病关系研究进展[J]. 中国公共卫生, 2015,

31(2): 241-245.

ZHAO Y N, YANG B Y, SUN G F. Research progress on the relationship between homocysteine and major chronic diseases [J]. Chinese Oublic Health, 2015, 31(2): 241-245.

[2] 崔筱琳, 王凤山. 谷胱甘肽防治疾病的研究进展[J]. 中国现代应用药学, 2017, 34(4): 631-636. CUI X L, WANG F S. Research progress on glutathione preventing diseases [J]. China Modern Applied Pharmacy, 2017, 34(4): 631-636.

[3] 唐刚, 余晓冬, 徐静娟, 等. 快速检测巯基化合物的新方法[J]. 化学通报, 2016, 79(6): 550-553. TANG G, YU X D, XU J J, et al. A new method for rapid detection of biothiols [J]. Chemical Bulletin, 2016, 79(6): 550-553.

[4] 尹伶灵, 陈蓁蓁, 佟丽丽, 等. 硫醇类荧光探针研究进展[J]. 分析化学, 2009, 37(7): 1073-1081. YIN L L, CHEN Z Z, TONG L L, et al. Research progress of biothiols’ fluorescent prob es [J]. Analytical Chemistry, 2009, 37(7): 1073-1081.

[5] YIN G, NIU T, GAN Y, et al. A Multi-signal fluorescent probe with multiple binding sites for simultaneous sensing of Cys, Hcy and GSH [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57(18): 4991-4994.

[6] WANG J, NIU L, HUANG J, et al. A novel NBD-based fluorescent turn-on probe for the detection of cysteine and homocysteine in living cells [J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular & Biomolecular Spectroscopy, 2017, 192(5): 52-58.

[7] CHOI Y, CHOI Y, KWON O H, et al. Carbon dots: bottom-up syntheses, properties, and light-harvesting applications [J]. Chemistry-An Asian Journal, 2018, 13(6): 586-598.

[8] JIANG K, SUN S, ZHANG L, et al. Red, green, and blue luminescence by carbon dots: full-color emission tuning and multicolor cellular imaging [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2015, 127(18): 5450-5453.

[9] XU J, ZHOU Y, CHENG G, et al. Carbon dots as a luminescence sensor for ultrasensitive detection of phosphate and their bioimaging properties [J]. Luminescence, 2015, 30(4): 411-415.

[10] PARVIN N, MANDAL T K. Synthesis of a highly fluorescence nitrogen-doped carbon quantum dots bioimaging probe and its in vivo clearance and printing applications [J]. Rsc Advances, 2016, 6(22): 18134-18140.

[11] 车望远, 刘长军, 杨焜, 等. 荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展[J]. 复合材料学报, 2016, 33(3): 431-450.

CHE W Y, LIU C J, YANG K, et al. Progress in preparation, properties and application of fluorescent carbon dots [J]. Journal of Composite Materials, 2016, 33(3): 431-450. [12] ZHANG X, JIANG M, NIU N, et al. Review of natural product-derived carbon dots: from natural products to functional materials. Natural-product-derived carbon dots: from natural products to functional materials [J]. Chemsuschem, 2018, 11(1): 11-24.

[13] YANG S T, WANG X, WANG H, et al. Carbon dots as nontoxic and high-performance fluorescence imaging agents [J]. Journal of Physical Chemistry C Nanomaterials & Interfaces, 2009, 113(42): 18110-18114.

[14] ZHANG J, YU S H. Carbon dots: large-scale synthesis, sensing and bioimaging [J]. Materials Today, 2016, 19(7): 382-393.

[15] KAN W, GAO Z, GUO G, et al. Systematic safety evaluation on photoluminescent carbon dots [J]. Nanoscale Research Letters, 2013, 8(1): 1-9.

[16] LIU C, ZHANG P, ZHAI X, et al. Nano-carrier for gene delivery and bioimaging based on carbon dots with PEI-passivation enhanced fluorescence [J]. Biomaterials, 2012, 33(13): 3604-3613.

[17] XU X Y, RAY R, GU Y L, et al. Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments [J]. Journal of the American Chemical Society, 2004, 126(40): 12736-12737.

[18] SUN Y P Z, ZHOU B, LIN Y, et al. Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence [J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(24): 7756-7757.

[19] ZHOU J G, CHRISTINA B, LI R Y, et al. An electrochemical avenue to blue luminescent nanocrystals from multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) [J]. Journal of the American Chemical Society, 2007, 129(4): 744-745.

[20] 侯雨昕. 碳点及其复合物的电化学合成与应用[D]. 湖南: 湖南师范大学, 2016.

HOU Y X. Electrochemical synthesis and application of carbon dots and their complexes

[D]. Hunan： Hunan Normal University, 2016.

[21] YAN Z, SHU J, YU Y, et al. Preparation of carbon quantum dots based on starch and their spectral properties [J]. Luminescence, 2015, 30(4): 388-392.

[22] WANG X. Microwave assisted one-step green synthesis of cell-permeable multicolor photoluminescent carbon dots without surface passivation reagents [J]. Journal of Materials Chemistry, 2011, 21(8): 2445-2450.

[23] ZHU H, WANG X, LI Y, et al. Microwave synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with electrochemilumine-scence properties [J]. Chemical Communications, 2009, 1(34): 5118-5120.

[24] 张天祥. 荧光碳点及复合物的制备、发光调控与机理研究[D]. 吉林: 吉林大学, 2017. ZHANG T X. Preparation, luminescence control and mechanism of fluorescent carbon dots and complexes [D]. Jilin: Jilin University, 2017.

[25] ZHU S, MENG Q, WANG L, et al. Highly photoluminescent carbon dots for multicolor patterning, sensors, and bioimaging [J]. Angewandte Chemie-International Edition, 2013, 52(14): 3953-3957.

[26] 郑鹄志, 白文君, 隆异娟, 等. 基于碳点荧光恢复法测定生物巯基化合物[J]. 中国科学 2011,

41(6): 1031-1036.

ZHENG H Z, BAI W J, LONG Y J, et al. A novel carbon dots based fluorescence turn-on determination [J]. Chinese Science, 2011, 41(6): 1031-1036.

[27] XU S, LIU Y, YANG H, et al. Fluorescent nitrogen and sulfur co-doped carbon dots from casein and their applications for sensitive detection of Hg2+ and biothiols and cellular imaging [J]. Analytica Chimica Acta, 2017, 964: 150-160.

[28] ZHU H, WANG E, LI J, et al. L-tyrosine methyl ester-stabilized carbon dots as fluorescent probes for the assays of biothiols [J]. Analytica Chimica Acta, 2018, 1006: 83-89.

cds碳量子点

cds碳量子点 摘要： 1.碳量子点的简介 2.碳量子点的性质和应用 3.碳量子点的研究现状与前景 正文： 碳量子点（Carbon Quantum Dots，简称CQDs）是一种由碳原子组成的纳米材料，具有粒径大小在1-100nm 之间的特点。自2004 年首次发现以来，碳量子点因其独特的物理和化学性质，以及在各个领域的广泛应用潜力，受到了科研界和工业界的广泛关注。 1.碳量子点的简介 碳量子点的主要成分是碳，其结构与石墨烯类似，都是由层层堆叠的碳原子构成。不同于石墨烯的是，碳量子点的每一层碳原子并非紧密排列，而是以六角形晶格结构分散在一个较大的空间内。这使得碳量子点具有较高的表面活性，能够与其他物质发生化学反应。 2.碳量子点的性质和应用 碳量子点具有以下几种特性： （1）良好的光稳定性：碳量子点在光照条件下不易分解，具有较长的发光寿命； （2）高的量子产率：碳量子点的发光效率较高，有利于提高显示器件的性能；

（3）可调谐的发射波长：通过改变碳量子点的尺寸，可以实现发射波长的调节； （4）生物相容性：碳量子点具有较好的生物相容性，可用于生物成像和生物传感等领域。 碳量子点在以下领域具有广泛的应用前景： （1）显示技术：碳量子点可以用于制造高性能的显示器件，如OLED、QLED 等； （2）生物成像：碳量子点可用于生物体内成像，帮助研究生物分子和细胞的活动； （3）生物传感：碳量子点可通过与生物分子结合实现对特定目标物的检测； （4）能源：碳量子点可作为催化剂，促进光催化和电催化反应，提高能源转换效率。 3.碳量子点的研究现状与前景 尽管碳量子点在过去的十几年里取得了显著的研究进展，但仍然存在一些挑战，如合成方法的选择性、发光机理的探究、规模化生产等问题。为了推动碳量子点的研究与应用，科学家们正努力解决这些问题，并不断拓展碳量子点在新领域的应用。 总之，碳量子点作为一种具有独特性质的纳米材料，在诸多领域具有广泛的应用潜力。

碳量子点及其性能研究进展

碳量子点及其性能研究进展 碳量子点是一种由碳原子组成的纳米粒子，因其具有优异的光电性能和生物相容性而备受。近年来，碳量子点在许多领域的应用研究取得了显著进展，包括光电催化、传感器、生物医药等。本文将详细探讨碳量子点的制备方法、性质及其在不同领域的应用研究进展。 碳量子点的制备方法主要包括化学气相沉积、电化学法、微波剥离法等。这些方法均具有各自的优缺点，如化学气相沉积法可以制备出结晶度较高的碳量子点，但设备成本较高，产量较低；电化学法产量较高，但制备条件较严格，需要控制电极间距等参数。 碳量子点具有优异的光电性能，如高亮度、优良的化学稳定性、低毒性等。同时，碳量子点的尺寸和形貌可以调控，这使得它们在许多领域具有广泛的应用前景。然而，碳量子点也存在一些问题需要解决，如制备方法的优化、表面功能化等。 光电催化是一种将光能转化为化学能的技术，具有高效、清洁的特点。碳量子点在光电催化领域的应用研究取得了重要进展。它们可以作为光催化剂的敏化剂，提高催化剂的光吸收能力，从而增强光电催化效果。碳量子点还可以作为电子受体，促进光生电子的转移，提高光电催化反应的效率。

在光电催化领域，碳量子点的研究现状表明它们在能源转化和环境治理方面具有广泛的应用前景。未来研究方向应包括优化碳量子点的制备方法和表面功能化，提高其稳定性和光电催化性能。 传感器在检测物质含量和识别环境中具有重要作用。碳量子点具有优异的光电性能和生物相容性，使其在传感器领域的应用研究备受。 在传感器领域，碳量子点的主要应用方向包括光学传感器、电化学传感器和生物传感器。碳量子点可以作为光敏剂，提高传感器的光吸收和信号响应能力。它们的优异导电性能使其适用于电化学传感器和生物传感器的制作。 目前的研究表明，碳量子点在传感器领域具有较高的灵敏度和良好的选择性。未来研究方向应包括进一步优化制备方法和表面功能化，提高传感器的性能和稳定性，并拓展其在环境和生物医学领域的应用范围。 生物医药领域是碳量子点应用研究的重要方向之一。由于碳量子点具有优异的生物相容性和荧光性能，它们被广泛应用于生物成像、药物载体、肿瘤治疗等领域。 在生物医药领域，碳量子点的主要应用方向包括生物成像和药物载体。

碳量子点在废水处理领域的研究进展

碳量子点在废水处理领域的研究进展 碳量子点在废水处理领域的研究进展 近年来，环境污染问题日益严重，水污染成为全球社会关注的热点之一。废水处理技术是解决水污染问题的关键环节之一。而碳量子点作为一种新型的纳米材料，具有独特的光电性质和高度的可调控性，在废水处理领域的应用引起了广泛关注。 碳量子点具有许多优异的特性，例如：小颗粒大小（一般小于10纳米）、高比表面积、优异的稳定性、荧光发射特性 和可调控的光谱性质。这些特性使得碳量子点在废水处理中具有广泛的应用潜力。 首先，碳量子点在废水处理中具有优异的吸附性能。由于其高比表面积和丰富的官能团，碳量子点能够有效吸附溶解有机物、重金属离子和其他有害物质。研究表明，碳量子点吸附废水中的有机污染物具有较高的吸附率和吸附容量，可作为一种高效的吸附剂。 其次，碳量子点在废水处理中可用于光催化降解有机物。由于其独特的光电性质，碳量子点能够吸收可见光和紫外光，产生活性自由基，并对有机物进行光催化降解。研究表明，碳量子点对废水中的有机物具有较高的光催化活性，在光照条件下能够高效降解废水中的有机污染物。 此外，碳量子点还可以用于废水中重金属离子的检测和去除。通过修饰碳量子点的表面官能团，可以使其与重金属离子发生特异性识别和配位作用，从而实现对废水中重金属离子的检测和去除。研究表明，碳量子点在废水处理中对重金属离子的检测具有高灵敏度和高选择性，在去除重金属离子方面也具有较好的效果。

此外，碳量子点还可以与其他功能材料相结合，形成复合材料应用于废水处理。例如，与纳米催化剂结合使用，可以提高催化降解的效率；与多孔材料相结合，可以增加吸附容量。此外，碳量子点还可以通过改变其表面官能团的性质，实现对水质的选择性调控，例如可根据需求对废水中特定污染物进行选择性吸附。 然而，碳量子点在废水处理领域的应用仍面临一些挑战。如碳量子点的制备工艺、纳米粒子的固定化以及对处理后的废水的后处理等问题需要进一步研究和解决。 综上所述，碳量子点在废水处理领域具有广阔的应用前景。其吸附性能、光催化降解性能以及对重金属离子的检测和去除能力使其成为一种重要的废水处理材料。随着对碳量子点性质和制备工艺的深入研究，相信碳量子点在废水处理中的应用将得到进一步的拓展和完善，为解决水污染问题提供更加有效的手段 综上所述，碳量子点作为一种新型废水处理材料，具有高灵敏度和高选择性的重金属离子检测能力，同时在重金属离子去除方面也表现出良好的效果。与其他功能材料相结合，碳量子点可以进一步提高废水处理效率。然而，碳量子点在废水处理中还面临着一些挑战，如制备工艺和固定化纳米粒子的问题。尽管如此，随着对碳量子点性质和制备工艺的深入研究，碳量子点在废水处理领域的应用前景仍然广阔。相信未来碳量子点在废水处理中的应用将得到进一步的拓展和完善，为解决水污染问题提供更加有效的手段

2023年诺贝尔化学奖高考考点——碳量子点详细解读!

2023年诺贝尔化学奖高考考点——碳量子点详细解读! 2023年诺贝尔化学奖高考考点——碳量子点详细解读 在近年来的化学领域中，碳量子点作为一种新型材料备受关注。它们 不仅在能源储存、生物成像、光电器件等方面具有重要的应用前景， 还在纳米科技领域展现出了惊人的潜力。作为2023年诺贝尔化学奖的高考考点，碳量子点的研究和应用价值备受期待。 一、什么是碳量子点？ 碳量子点是一种由碳元素组成的纳米材料，其直径一般在1至10纳米之间。它们具有优异的光电性能和化学稳定性，可广泛应用于生物医药、光电器件、传感器等领域。与传统的半导体量子点相比，碳量子 点具有天然非毒性、可生物降解等优点，在生物医药领域具有巨大的 潜力。 二、碳量子点的制备方法 目前，制备碳量子点的方法多种多样，包括物理法、化学法等。其中，碳量子点的化学合成方法是应用最为广泛的一种。化学合成法可以通 过简单的原料和实验条件，制备出具有良好光电性能的碳量子点，具

有成本低廉、易于控制粒径大小等特点。 三、碳量子点在生物医药领域的应用 碳量子点在生物医药领域的应用备受瞩目。由于其良好的生物相容性 和荧光性能，碳量子点被广泛用于细胞成像、药物传输、癌症治疗等 方面。特别是在肿瘤诊断中，碳量子点凭借其高比表面积和优异的荧 光特性，成为了一种有效的肿瘤标记剂。 四、碳量子点在光电器件中的应用 除了生物医药领域，碳量子点还在光电器件中展现出巨大的应用潜力。利用碳量子点制备的柔性太阳能电池具有高光电转换效率和良好的稳 定性，显示出了较好的应用前景。另外，碳量子点还可以作为发光二 极管、光电探测器等光电器件的发光材料，为光电子器件的开发提供 了新的可能性。 五、个人观点和总结 在我看来，碳量子点作为一种新型的纳米材料，拥有着广泛的应用前 景和巨大的发展空间。随着科学技术的不断进步，相信碳量子点在生 物医药、光电器件等领域的应用会更加广泛，为人类社会的发展做出 更大的贡献。

荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展

荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展 董小绮;菅晓婷;柴双双;杨江华;肖雪棋;郑力孟;吕俊杰 【摘要】巯基化合物是生物体内一类重要的抗氧剂,包括半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽等生物硫醇类化合物,在体内参与一系列典型的生化反应,有助于维持正常 的生理功能,当含量异常会导致多种疾病.因此,定量检测巯基化合物在相关疾病研究和诊断方面具有重要的意义.目前,利用高选择性、高灵敏度的荧光探针检测巯基化 合物已成为前沿课题之一.碳量子点(CDs)因具有优良的荧光稳定性、极好的生物相容性、耐光漂白以及易制备等优良的性能,作为一类荧光探针检测巯基化合物得到 了广泛的应用.类似于其他纳米探针,当荧光CDs用于检测巯基化合物时,基于信号 检测的竞争机制,引入猝灭剂和巯基化合物竞争性结合荧光碳量子点,由于巯基化合 物的高亲和力和强亲核性,使荧光恢复.本文综述了碳量子点的制备和特性,以及在检测巯基化合物方面的研究进展. 【期刊名称】《化学研究》 【年(卷),期】2018(029)005 【总页数】6页(P529-534) 【关键词】碳量子点;巯基化合物;荧光探针;光学特性 【作者】董小绮;菅晓婷;柴双双;杨江华;肖雪棋;郑力孟;吕俊杰 【作者单位】山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医 学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大 学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山

西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原030000 【正文语种】中文 【中图分类】R96;O657.3 1 巯基化合物 1.1 生理功能 巯基化合物广泛分布于细胞、体液、组织等生理结构中，是机体内重要的组成部分，与许多生理功能密不可分，起着至关重要的作用. 含巯基的化合物如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)、谷胱甘肽(GSH)等小分子巯基化合物，生命体系的维持与其 含量是否正常有直接或间接的联系，当其含量超出正常的范围时，正常生命体系则会受到影响，可能预示着某些生理机能已经发生病变，也可能直接对生命体产生损伤. 半胱氨酸是一种条件必需氨基酸，是蛋氨酸脱甲基过程中生成的代谢产物. Hcy 以氧化和游离形式存在于人体血浆中，几乎99%以氧化形式存在. 半胱氨酸的功能包括参与甲硫氨酸代谢、调节体内甲基化、翻译后修饰作用、与金属离子结合、以及解毒作用等. 它的浓度升高程度与疾病的危险性成正比，半胱氨酸含量升高促进脂蛋白的氧化和老化，削弱免疫系统，导致脑损伤等问题，进而可能会引发脑血管疾病、高血压、骨质疏松和肾脏疾病[1]. 谷胱甘肽由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成，在体内以还原型和氧化型两种形态存在，其中还原性谷胱甘肽大量存在并起主要作用，在几乎所有生理生化过程中都可以看到. 谷胱甘肽的活性基团是巯基，该基团可以发挥消除人体自由基的作用，从而起着抗氧化、抗衰老、解毒和保肝等作用. 体内谷胱甘肽含半胱氨酸量改变，以及还原型和氧化型比例的改变可引发多种疾病. 如乳腺、卵巢、头颈部和肺部组织癌变时，血浆中GSH含量明显低于正常

碳量子点荧光材料的制备及其对金属离子检测的应用研究进展

碳量子点荧光材料的制备及其对金属离子检测的应用研究进展肖秀婵; 秦淼; 李强林; 任亚琦; 周筝 【期刊名称】《《功能材料》》 【年(卷),期】2019(050)009 【总页数】6页(P63-68) 【关键词】碳量子点; 制备方法; 金属离子检测; 应用领域 【作者】肖秀婵; 秦淼; 李强林; 任亚琦; 周筝 【作者单位】成都工业学院智慧环保大数据中心成都 611730 【正文语种】中文 【中图分类】X832 0引言 重金属污染已成为全球性环境问题之一，对人类健康造成不可逆转性的损害。重金属具有分布广泛、形态多样、降解难、毒性高等特点，可以通过各种形式进入到土壤、空气和水体中，最终通过食物链或者直接接触的方式进入人体，并在体内累积，导致生物体内的蛋白质结构发生不可逆的改变，影响组织细胞功能，进而引发各种疾病[1]。随着人们健康意识和环保意识的增强，重金属检测技术的研究越来越受 到重视。目前已有多种检测方法可以实现灵敏的重金属离子检测，如原子吸收光谱法、原子荧光发射法、电感耦合等离子质谱法和荧光探针法等，可用于微量或痕量重金属离子的测定[2-4]，但受限于检测过程繁琐、运行费用高、不易携带且需要

经过专门训练的人员操作等缺点，这些技术难以满足日益增长的现场监测和在线分析等需求。因此，开发快速、灵敏、准确的重金属分析方法，对于保护环境和提高人类的生存质量均具有重要意义。 碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)是由分散的类球状碳颗粒组成，尺寸极 小(在10 nm以下)，具有荧光性质的新型纳米碳材料[5]。自从2004年美国南卡 罗莱纳大学的Xu等[6]在制备单壁碳纳米管(SWCNTs)时，首次发现了可以放出明亮荧光的碳量子，随后2006年Sun等[7]通过激光烧蚀石墨粉和水泥获得荧光碳点，近年来吸引了越来越多的科学家广泛关注。碳量子点具有极小的尺寸、优良的水溶性、化学稳定性、低毒性、良好的生物相容性、低廉的成本、较强的[1]量子 限域效应、稳定的荧光性能等一系列优异性能，在生物成像、有机物分析和光催化等多个领域具有潜在的应用前景，因此具有巨大的研究价值[8-9]。 CQDs在金属离子识别与检测领域的应用是目前研究的热点之一。在水溶液中，CQDs的荧光可以有效地被电子受体或者电子给体所猝灭，CQDs的光引发电子转移性质可被用于纳米探针检测金属离子[10]。该方法具有线性范围宽、灵敏度高和选择性高等优点，且样品制备简单无需复杂的前处理、测试所需样品量少，因此在水溶液中的重金属离子快速定性定量检测方面具有极大的研究开发价值[11]。 本文对碳量子点材料制备方法及其在金属离子检测过程中的研究进展进行了综述，以期为寻找高性能、多功能的碳量子点的制备方法和应用领域提供思路。 1 碳量子点材料的制备方法 截至目前，制备碳量子点的方法主要分为两类：“自上而下”和“自下而上”[12]。其中“自上而下”的方法是利用大尺寸结构的原材料通过物理或化学的方法得到小尺寸的碳量子点，例如，石墨烯薄片[6]、纳米管[7]常作为原材料。典型的方法有 激光刻蚀、电弧放电和电化学合成。“自上而下”的方法可以通过调节各自的反应参数达到对产物尺寸的调控，对边界结构的控制通常是不容易实现的[13]。“自

碳量子点的制备及性能研究

碳量子点的制备及性能研究 碳量子点的制备及性能研究 碳量子点是一种具有纳米级尺寸的碳材料，它在近年来引起了广泛的研究兴趣。碳量子点因其特殊的光电性质和优异的稳定性而受到关注，具有许多潜在的应用领域，如生物荧光成像、光电催化、光电子器件等。本文将介绍碳量子点的制备方法和性能研究的进展。 碳量子点的制备方法多种多样，主要包括溶剂热法、微波辅助法、气相热解法、机械球磨法等。其中，溶剂热法是最常用的制备方法之一。该方法一般是将有机碳源（如葡萄糖、柠檬酸等）在高温下与有机溶剂进行反应，通过控制反应条件（如温度、时间等），可以得到不同尺寸和形态的碳量子点。微波辅助法是近年来发展起来的一种制备方法，它利用微波辐射加热样品，能够快速、均匀地产生碳量子点。气相热解法是利用气体为碳源，在高温下进行热解反应，得到碳量子点。机械球磨法是一种物理力学方法，通过高能球磨设备对固体样品进行球磨，使其发生机械剪切和碰撞，最终得到碳量子点。这些制备方法各有优缺点，需要根据实际需求选择合适的方法。 碳量子点的性能研究主要包括光电性质、发光性质、电化学性质等方面。碳量子点由于其特殊的能带结构和表面态密度，具有优异的光电性质。它们具有宽带隙和可调节的能带结构，能够在可见光范围内吸收和发射光线。这使得碳量子点在光电器件中具有广泛的应用前景。另外，碳量子点的发光性质也备受关注。由于其优异的荧光性能和生物相容性，碳量子点在生物荧光成像、生物传感等领域具有巨大的潜力。此外，碳量子点的电化学性质也被广泛研究。例如，碳量子点可以作为电极

材料用于超级电容器、锂离子电池等能源领域。 近年来，有关碳量子点的研究不断取得新的进展。例如，研究人员通过调控碳量子点的结构和表面修饰，成功实现了对其光电性质的调控，进一步扩展了其应用领域。此外，还有学者探索了碳量子点与其他材料的复合应用。例如，将碳量子点与二维材料（如石墨烯）复合，可以制备出具有优异性能的新型光电子器件。此外，还有学者将碳量子点与金属纳米颗粒复合，制备出高效的光催化材料。 总之，碳量子点作为一种具有非常特殊性质的碳材料，在制备方法和性能研究方面取得了重要进展。未来，随着对碳量子点的研究不断深入，相信将有更多的新发现和新应用的出现 总结而言，碳量子点具有优异的光电性质、发光性质和电化学性质，使其在光电器件、生物荧光成像、能源领域等具有广泛应用前景。近年来，通过调控结构和表面修饰，以及与其他材料的复合应用，进一步扩展了碳量子点的应用领域。未来，随着对碳量子点的深入研究，相信会有更多新的发现和应用的出现

以焦粉为碳源所制荧光碳量子点的表征及性能分析

以焦粉为碳源所制荧光碳量子点的表征及性能分析 周尽晖;丁玲;彭泽泽;李世迁;赵希然;方红明 【摘要】以焦粉为碳源,混合酸(浓H2SO4和浓HNO3)为氧化剂,采用水热法制备荧光碳量子点.利用UV-Vis、FTIR、TEM、XRD等对其进行表征,并分析碳量子点的合成条件对碳量子点的结构和性能的影响.结果表明,合成条件对碳量子点性能的影响由主到次的顺序为:混合酸体积>反应温度>pH值>反应时间;合成该碳量子点的最佳条件为:反应温度为95℃、混合酸体积为12 mL、反应时间为9 h及pH值为9,所制荧光纳米碳量子点的粒径较小且分布均匀,具有良好的水溶性.%With coke powder as carbon source,mixed acid (H2SO4 and HNO3 )as oxidizer,the fluo-rescent carbon quantum dots (CQDs)were synthesized in aqueous by hydrothermal method.The UV-Vis,FTIR,TEM and XRD technology were applied for characterization and the effect of synthesis condition on the structure and properties of CQDs were analyzed.The results show that,influence of synthesis condition on the performance of CQDs is listed from most to least:mixed acid volume,reac-tion temperature,pH value and reaction time.The optimal synthesis condition of CQDs is reaction temperature at 95 ℃,mixed acid volume at 12 mL,reaction time at 9 h and pH value at 9.The CQDs prepared under this condition have relatively small particle size,uniform distribution and good water solubility. 【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2017(040)004

碳量子点研究资料讲解

碳量子点研究

摘要 碳量子点是一种以碳元素为主体的新型荧光碳纳米材料，碳量子点具有许多优良性质主要包括：荧光稳定性高且耐光漂白、激发光宽而连续、发射光可调谐、粒径小分子量低、生物相容性好且毒性低和优良的电子受体和供体等特性还有比传统金属量子点更为优越的特点。碳量子点不但克服了传统有机染料的某些缺点，而且有分子量和粒径小、荧光稳定性高、无光闪烁、激发光谱宽而连续、发射波长可调谐、生物相容性好、毒性低等优点。更易于实现表面功能化，被认为是一种很好的理想材料。对近几年国内碳量子点的研究现状，对电弧法、激光剥蚀法、电化学法、模板法等合成碳量子点的方法进行了简单的介绍，以及合成碳量子的方法分类，论述了碳量子点有望取代传统半导体量子点，在生物成像、发光探针分析等领域进行广泛的应用。检测重金属离子，检测小分子，溶液的酸碱性具有越来越重要的作用，是一种新型的纳米材料。为此，开展荧光碳量子点的基础研究具有重要的理论意义和应用价值，成为近几年的研究热点。本研究中对 其性质，合成以及其应用进行了几个方面的综述。 关键词：碳量子点；材料；合成；应用；

Abstract A qua ntum dot is a carb on carb on as the main eleme nt of the new carb on nano fluoresce nt material hav ing a plurality of qua ntum dots carb on excelle nt properties including: light stability, and high bleaching fluorescence excitation light wide and continu ous light emissi on can be tuned to a small particle size low molecular weight, low toxicity and good biocompatibility and excelle nt electr on acceptor and donor still more excelle nt characteristics tha n the conven tio nal metal qua ntum dots characteristics. Carbon not only overcome the qua ntum dot certa in disadva ntages of the conven ti onal orga nic dye, and a small molecular weight and particle size, high fluoresce nce stability, no light flashes con ti nu ously broad excitati on spectrum, the emissi on wavele ngth can be tun ed, good biocompatibility, low toxicity and so on. Easier to implement the function of the surface is considered to be an ideal material good. In recent years, research on the status of domestic carb on qua ntum dots, qua ntum dot syn thesis method for carb on arc, laser ablati on, electrochemical method, template method for a simple introduction, as well as the synthesis of carb on qua ntum method of classificati on, discusses carb on qua ntum dots are expected to replace traditi onal semic on ductor qua ntum dots, in the field of biological imag ing, lumin esce nce probes for exte nsive an alysis applicati ons. Detect ion of heavy metal ions, the detect ion of small molecules, the pH of the solutio n has an in creas in gly importa nt role, is a no vel nano materials. To this end, the basic research carried out fluoresce nt carb on qua ntum dots has importa nt theoretical sig nifica nce and applicati on value and become a research hotspot in rece nt years. The study was reviewed several aspects of its n ature, syn thesis and their applicati ons. Keywords: carb on qua ntum dots; materials; syn thesis; applicati on

碳量子点综述

碳量子点综述 胡东旭 2014级环境工程卓越班 201475050112 摘要:碳量子点(CQDs, C-dots or CDs)是一种新型的碳纳米材料，尺寸在10 nm以下，具有良好的水溶性、化学惰性、低毒性、易于功能化和抗光漂白性、光稳定性等优异性能，是碳纳米家族中的一颗闪亮的明星。最近几年的研究报道了各种方法制备的CQDs在生物医学、光催化、光电子、传感等领域中都有重要的应用价值。这篇综述主要总结了关于CQDs的最近的发展，介绍了CQDs的合成方法、物理化学性质以及在生物医学、光催化、环境检测等领域的应用。 1 引言 在过去的20年间，鉴于量子点特殊的性质，尤其是量子点相对于有机染料而言，容易调节的光学性质和抗光降解性质，使量子点得到了广泛的关注。如果量子点可以克服造价昂贵、合成条件严格和众所周知的高毒性等缺点，则有望广泛地应用于生物传感和上物成像领域。最近几年，量子点的研究非常活跃，尤其是关于它在生物和医学中的应用。量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但是这些材料一般有毒，对环境也有危害。所以科学家们开始在一些良性化合物中提取量子点。因此，很多的研究均围绕着合成毒性更低的其它材料量子点来进行，这些替代材料的碳量子点，如硅纳米粒子、碳量子点均具有优异的光学性质。相对金属量子点而言，碳量子点无毒害作用，对环境的危害很小，制备成本低廉。它的研究代表了发光纳米粒

子研究进入了一个新的阶段。 2 碳量子点的合成 大多数的碳量子点主要是由无定形的碳到晶化的碳核组成的以 sp2杂化为主的碳，碳量子点的晶格间距和石墨碳或者无定形层状碳的结构一致。如果没有其他修饰试剂的修饰碳量子点表面会含有一些含氧基团，而含氧基团的多少和种类与实验条件相关。发光碳量子点的合成方法可以分为两大类（图一），化学法和物理法。 图一碳量子点的制备方法 2.1化学法 2.1.1电化学法 Zhou利用离子液体辅助电解高纯石墨棒和高温热解纯定向石墨(HOPG)于离子液体和水溶液中，通过控制离子了液体中水的含量得到不同荧光性质的荧光纳米粒子、纳米带、石墨等产物。 Kang等以石

测定巯基类化合物的荧光探针的合成及应用研究的开题报告

测定巯基类化合物的荧光探针的合成及应用研究的开题报 告 一、研究背景和意义 测定巯基类化合物是化学分析和生物医学领域中的一种重要技术，然而现有方法存在样品繁琐、检测时间长、检测灵敏度低等问题。因此，开发一种简便、高灵敏度、选择性强的巯基类化合物的荧光探针具有重要的现实意义。本研究旨在合成出一种新 型的荧光探针，并应用于巯基化合物的检测中，为相关领域的研究提供有力的实验支持。 二、研究内容和方法 1、合成荧光探针 本研究将采用化学合成的方法，合成出一种具有对巯基类化合物具有高选择性和灵敏度的荧光探针。具体合成路线还需进一步优化和探究。 2、对荧光探针进行性能测试 在合成完成后，需要对荧光探针进行荧光特性、稳定性等方面的测试，以确定其在巯基化合物的检测中的应用前景。 3、应用于巯基化合物的检测 通过对巯基化合物的基本性质和常见测定方法的研究，建立一套准确、可靠的巯基类化合物荧光探针检测方法，并与现有方法进行比较和验证。 三、预期结果和研究创新 本研究旨在合成出一种新型的巯基类化合物荧光探针，并应用于巯基化合物的检测中，具体预期结果如下： 1、成功合成出一种对巯基类化合物具有高选择性和灵敏度的荧光探针。 2、建立一套准确、可靠的荧光探针检测方法，并应用于巯基类化合物的检测中。 3、研究成果将提高巯基类化合物的检测灵敏度和准确度，并形成针对巯基类化 合物检测的新方法，具有重要的研究意义和实际应用价值。 四、研究进度安排

1、文献调研和材料准备（2周）； 2、荧光探针的合成和表征（8周）； 3、荧光探针的荧光分析性能测试（4周）； 4、巯基类化合物的检测方法研究（6周）； 5、数据分析和研究成果的整理撰写（4周）。 五、研究经费预算 本研究所需经费主要用于实验材料费、实验设备购置及维护费、实验室场地租赁费等方面，共计10000元。 六、研究团队及分工 本研究团队由负责人和两名协同研究人员组成，具体分工如下： 负责人：负责研究和制定实验计划，协调各项实验工作，进行数据分析和论文撰写。 协同研究人员：负责荧光探针的合成和测试、巯基类化合物的检测方法研究等具体实验工作。

碳量子点_精品文档

碳量子点 引言 碳量子点是一种新兴的材料，其在能源、光电子学、生物医学等领域具有广泛的应用潜力。本文将介绍碳量子点的定义、制备方法、表征技术以及其在不同应用领域的应用情况。 第一部分碳量子点的定义和特性 碳量子点是碳基材料的一种新形态，具有纳米尺度的大小（通常小于10纳米），其形态可以是球形、锥形或棒状。它们具有许多引人注目的特性，如发光性质、高稳定性、优异的光学性能和生物相容性。 发光性质是碳量子点的重要特征之一。由于量子限制效应，碳量子点在不同的尺寸和形状下展现出不同的发光颜色，从蓝色到红色，甚至近红外光。此外，碳量子点还显示出窄带隙的荧光特性，具有高发光效率和狭窄的发光谱。 第二部分碳量子点的制备方法

碳量子点的制备方法多种多样，包括碳化合物模板法、热分解法、 氧化石墨烯还原法、激光刻蚀法和微生物发酵法等。 碳化合物模板法是一种常用的制备碳量子点的方法。通过选择合适 的碳源和模板，利用热解或溶剂热法，可以制备出具有特定尺寸和 形态的碳量子点。 热分解法是另一种常用的制备碳量子点的方法。通过在高温下使含 有碳源的物质热分解，可以生成碳量子点。这种方法简单易行，具 有高产率和低成本的优势。 第三部分碳量子点的表征技术 为了了解碳量子点的性质和结构，采用多种表征技术进行分析是必 要的。常用的表征技术包括透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射 电子显微镜（HRTEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）。 透射电子显微镜是一种常用的表征碳量子点形貌和尺寸的技术。通 过透射电子显微镜观察样品，可以获得碳量子点的形貌和尺寸信息。 高分辨透射电子显微镜可以提供更高分辨率的图像，可以观察到更 细微的结构细节和晶体结构。

荧光量子点的简介

荧光量子点的简介 半导体材料中，微小晶体通常被称作量子点（quantum dot)。是一类具有纳米尺寸的发光粒子，这种量子点可以把电子锁定在一个非常微小的三维空间内，当有一束光照射上去的时候电子会受到激发跳跃到更高的能级。当这些电子回到原来较低的能级的时候，会发射出波长一定的光束。 作为一类新的荧光材料被应用于生物分子和细胞成像中。和传统的有机染料分子和荧光蛋白相比，量子点具有独特的光学和电子性质，如它具有发射光波长可调，高亮度，抗光漂白性以及多种量子点不同颜色荧光同时激发的优点。 制备方法：氮气保护下,将硼氢化钠加入含硒粉的高纯水中,在20～45℃下搅拌,得到硒氢化钠溶液;将水溶性巯基化合物溶于高纯水中,将pH调节到10～12,得到水溶性巯基化合物溶液;将含银化合物和含铟化合物溶于高纯水中,室温下搅拌,得到阳离子溶液;氮气保护下,将阳离子溶液与得到的水溶性巯基化合物溶液混合,在70～100℃下注射加入硒氢化钠溶液,回流搅拌反应,离心洗涤,分离,即得。 优点：激发光谱宽且连续分布、发射光谱窄而对称、发射光稳定性强，不易发生光漂白，通过改变粒子的尺寸和组成可获得从UV到近红外范围内的任意点的光谱。 应用：用来追踪药物在体内的活动、研究患者体内细胞和组织的结构。

量子点可以产生多种颜色的光，光的颜色取决于量子点的种类和尺寸。研究人员已经制造出可以产生超过12种颜色荧光的量子点，而且理论上讲可以产生出更多的颜色。这样，当某个波长的激光对多种量子点进行照射激发的时候，可以同时观察到多个颜色，同时进行多个测量。生物研究中所使用的量子点需要覆盖上一层物质以便可以追踪特定的生物分子，可以应用在医学成像技术中。 瑞禧提供: 石墨烯量子点（蓝光） 羧基化石墨烯量子点（蓝光） 羧基化石墨烯量子点（绿光） 石墨烯量子点 水溶性羧基化量子点InP/ZnS（640nm） 石墨烯量子点（蓝光） 碳量子点（400-450） 碳量子点改性（上转换荧光特性） 羧基化水溶性碳量子点（500nm） 羧基化碳量子点（650nm） 水溶性羧基化CdSe/ZnS 量子点（520nm）

量子点荧光技术

量子点荧光技术 摘要： 1.量子点荧光技术简介 2.量子点的特性 3.量子点荧光技术的应用领域 4.我国在量子点荧光技术方面的研究进展 5.量子点荧光技术的发展前景与挑战 正文： 量子点荧光技术是一种利用量子点材料的特殊光学性质进行荧光检测的方法。量子点是一种半导体纳米材料，其粒径大小在2-10 纳米之间，具有粒径大小对光谱发射的调控特性。在荧光检测领域，量子点因其高量子产率、窄发射峰和可调谐的光谱特性而受到广泛关注。 量子点的特性主要表现在以下几个方面： 1.窄带发射：量子点的发射光谱具有很高的峰值和很窄的带宽，有利于提高荧光检测的分辨率。 2.斯托克斯位移：量子点的发射光波长与其激发光波长之间存在较大的斯托克斯位移，有利于提高荧光检测的灵敏度。 3.光谱可调谐性：通过改变量子点的粒径大小，可以实现对光谱发射波长的调控。 量子点荧光技术在多个领域有广泛的应用，包括生物医学、环境监测、化学传感等。在生物医学领域，量子点荧光探针可以用于细胞内生物分子的实时

检测和成像；在环境监测领域，量子点荧光传感器可以用于重金属离子、有机污染物等的快速检测；在化学传感领域，量子点荧光材料可以用于气体、爆炸物等危险物质的痕量检测。 我国在量子点荧光技术方面的研究取得了显著进展。我国科研人员成功研发了多种具有自主知识产权的量子点材料，并在量子点荧光探针、传感器等方面取得了国际领先的研究成果。此外，我国政府对量子点荧光技术研究的投入也在逐年增加，为我国在这一领域的发展提供了有力支持。 尽管量子点荧光技术具有巨大的应用潜力，但仍面临一些挑战。例如，量子点的合成与制备方法仍有待改进，以降低生产成本和提高材料稳定性；此外，量子点荧光技术在实际应用中还需克服荧光信号衰减快、量子点易团聚等难题。 总之，量子点荧光技术作为一种具有广泛应用前景的检测方法，已在多个领域取得了显著成果。

应用量子点技术进行荧光探测的研究

应用量子点技术进行荧光探测的研究引言 量子点技术是一种新兴的纳米材料技术，由于其在光电子学、 生物学和化学等领域的广泛应用，受到了越来越多研究者的关注。其中，应用量子点技术进行荧光探测是该技术应用价值之一。 荧光探测是一种检测技术，可以通过观测物质在激发光激发下 的发光特性，全面了解物质的性质。应用量子点技术进行荧光探测，可以利用量子点的优异性能，获得更高的检测精度和更灵敏 的探测效果。 本文将介绍应用量子点技术进行荧光探测的研究进展和应用前景。 量子点技术的优越性能 量子点是一种纳米材料，尺寸在1-10纳米之间，因其具备与其尺寸相关的优异性能，成为一种重要的纳米材料。

量子点的优异性能包括以下几个方面： 1. 大比表面积 由于量子点的尺寸非常小，其比表面积远大于传统的重金属荧 光探针分子，具备更强的荧光增强效果； 2. 窄的荧光光谱带宽 传统荧光探针分子的荧光光谱带宽较宽，往往存在多重荧光峰，导致无法区分不同物种的丰度差异；而量子点的荧光光谱峰狭窄，可以区分不同物种的丰度差异，提高检测精度； 3. 高比荧光信号 量子点的荧光量子产率高，荧光光谱峰位稳定，可用于高比达 的生物探测； 4. 好的生物兼容性

量子点材料生物兼容性好，可以通过表面修饰和离子涂层等方式，增强生物的识别性和荧光信噪比。 应用量子点技术进行荧光探测的研究进展 越来越多的科研团队采用量子点技术进行荧光探测，探究荧光 探测在各个领域的应用前景。以下是该领域的一些研究进展： 1. 生命科学中的应用 在生命科学中，荧光标记是一项重要的技术手段，用于追踪分 子和细胞的运动和变化。研究表明量子点可用于细胞膜和蛋白质 分子的生物成像，具有更好的空间和时间分辨率。例如，利用荧 光标记可用于观察单个受体和代谢产物等生物分子的分布和转运。 2. 环境污染的检测 在环境监测中，传统的探测方法往往具备灵敏度低、样品量小 等缺陷。采用量子点技术进行荧光探测可以提高灵敏度和荧光质量，应用范围更广。例如，通过将污染物与量子点表面发生作用，

荧光量子点

荧光量子点在生物体内分子和细胞成像中的应用 [原文] Xiaohu Gao, Lily Yang, John A Petros, Fray F Marshall, Jonathan W Simons and Shuming Nie. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Current Opinion in Biotechnology2005, 16, 63–72. 量子点（Quantum Dot）是一类具有纳米尺寸的发光粒子，它作为一类新的荧光材料被应用于生物分子和细胞成像中。和传统的有机染料分子和荧光蛋白相比，量子点具有独特的光学和电子性质，如它具有发射光波长可调，高亮度，抗光漂白性以及多种量子点不同颜色荧光同时激发的优点。目前已经开发出多功能的纳米微粒荧光探针就具有高亮度和生物体内稳定存在的特点。在量子点的结构设计上，先在量子点基本结构的外围引入一层两性的共聚物外壳，然后再将这层外壳与肿瘤特异性识别配体或药物转运官能团相连。带有聚合物外壳的量子点对细胞和动物是无毒的，但它们对细胞的长期毒性和降解机制还需要深入研究。与生物组织相连的量子点为动物或是人体高灵敏多元细胞成像技术开辟了道路。 简介 半导体量子点在过去的20年里已经引起了广大科学工作者的兴趣，它表现出来的奇特的光学和电子性质是单个分子或是大尺寸的固体所没有的。近来，纳米荧光量子点已经被用来作为荧光探针用于生物机理的研究，与传统的有机染料和荧光蛋白相比，它具有以下的优点：通过调节量子点的大小和组成可以获得从红外到可见波长的荧光发射，而且它在比较宽的吸收波长范围内具有大的摩尔消光系数，它较其他类型的荧光探针具有高亮度和光稳定性的优点[1]。因为它的宽吸收波长范围和窄发射波长，各种颜色和发射强度的量子点被用于生物体蛋白、基因序列和其他生物分子的研究[2-4]。 尽管荧光量子点具有相对大的尺寸（直径2-8nm），但现有的研究表明量子点荧光探针的行为与荧光蛋白（直径4-6nm）类似，而且从目前的荧光量子点的众多应用实例中还没有发现它在成键动力学和立体位阻方面存在问题[5-12]。这样一个中等大小的纳米量子点，具有较大的表面积，并且自身带有可以与“诊断试剂”和“治疗试剂”相连的官能团。此外，到目前为止，还未发现带有高聚物外壳的量子点对动物细胞有毒性。在本文中，我们将展示一下近两年来荧光量子点的