功能化石墨烯、石墨烯量子點(diǎn)的制備及其性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)的共振能量轉(zhuǎn)移只能在供受體對距離小于10nm范圍內(nèi)有效發(fā)生，大大限制了其在生化分析中的應(yīng)用。自2004年英國曼徹斯特大學(xué)Geim等發(fā)現(xiàn)單層石墨烯以來，由于其獨(dú)特優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，石墨烯在微電子、功能材料、化學(xué)傳感等研究領(lǐng)域都表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。且已有理論研究表明，石墨烯用于能量轉(zhuǎn)移時(shí)，共振能量轉(zhuǎn)移能在供受體對距離為30nm范圍內(nèi)有效發(fā)生。石墨烯量子點(diǎn)，作為一種新型的量子點(diǎn)材料，具有優(yōu)良的光致發(fā)光、低的生物毒性、化學(xué)惰性等，可作為

2、能量轉(zhuǎn)移的供體有效應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)移體系中。但目前已有的文獻(xiàn)報(bào)道中，將石墨烯作為能量轉(zhuǎn)移受體和石墨烯量子點(diǎn)作為能量轉(zhuǎn)移供體的研究并不多，本文建立了功能化石墨烯和石墨烯量子點(diǎn)的新的制備方法，考察了其分別作為能量受體和能量供體的能力，并進(jìn)一步探討了其在生化分析中的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面:
　　 (1)合成沒食子酸功能化還原型氧化石墨烯作為能量受體。以氧化石墨烯為前體，沒食子酸作為還原劑和穩(wěn)定劑制備了沒食子酸功能化的還原型氧化

3、石墨烯。對合成的還原型氧化石墨烯進(jìn)行了紫外可見吸收光譜、紅外光譜、拉曼光譜、掃描電子顯微鏡、X射線衍射等一系列的表征。并將得到的還原型氧化石墨烯作為能量轉(zhuǎn)移受體和電子供體，考察了其與不同染料間的相互作用。以羅丹明6G作為陽離予染料的代表，考察了還原型氧化石墨烯的熒光猝滅效率，并與氧化型石墨烯和肼還原的還原型氧化石墨烯進(jìn)行了猝滅效率的比較，結(jié)果表明，沒食子酸還原得到的還原型氧化墨烯具有更高的猝滅效率，有望用于能量轉(zhuǎn)移體系中作為高猝滅效率的

4、能量受體，以提高分析檢測的靈敏度。以異硫氰酸熒光素為陰離子染料代表，結(jié)果表明，沒食子酸還原得到的還原型氧化石墨烯對其熒光表現(xiàn)為熒光增強(qiáng)效應(yīng)，這對于石墨烯在光電傳感、生化分析等領(lǐng)域的應(yīng)用有比較重要的意義。
　　 (2)能量供體石墨烯量子點(diǎn)的制備及其細(xì)胞分析化學(xué)。以富勒烯為碳源，建立了煅燒法一步合成石墨烯量子點(diǎn)的新方法。合成的石墨烯量子點(diǎn)具有良好的熒光特性、較好的水溶性、光穩(wěn)定性、抗鹽能力及良好的生物相容性。透射電子顯微鏡結(jié)果顯示合

5、成的石墨烯量子點(diǎn)粒徑分布較為均勻，大小為2-3nm，高分辨率透射電子顯微鏡結(jié)果顯示合成的石墨烯量子點(diǎn)具有較完整的晶體結(jié)構(gòu)，其晶面間距為0.24nm。紅外光譜及X射線光電子能譜結(jié)果顯示所得的石墨烯量子點(diǎn)表面有大量的羧基和羥基官能團(tuán)。合成的石墨烯量子點(diǎn)具有優(yōu)良的熒光性質(zhì)，最大激發(fā)波長和發(fā)射波長分別位于290nm和410nm，熒光量子產(chǎn)率為4.8％，其熒光既表現(xiàn)出最大發(fā)射波長隨激發(fā)波長紅移而紅移，也表現(xiàn)出熒光強(qiáng)度隨pH增大而增強(qiáng)。此外，基于石

6、墨烯量子點(diǎn)優(yōu)良的熒光性能、良好的生物相容性以及金屬離子與石墨烯量子點(diǎn)表面的羥基和羧基間存在相互作用導(dǎo)致石墨烯量子點(diǎn)的熒光猝滅，成功地將合成的石墨烯量子點(diǎn)用于細(xì)胞內(nèi)鐵離子的成像分析。
　　 通過上述研究，我們發(fā)現(xiàn)還原型氧化石墨烯作為能量受體時(shí)，相較于氧化石墨烯有更高的能量轉(zhuǎn)移效率。該研究對目前石墨烯在生化分析中的應(yīng)用研究是一個(gè)新的補(bǔ)充，將還原型氧化石墨烯代替氧化石墨烯作為能量轉(zhuǎn)移受體用于生化分析中，可以進(jìn)一步降低背景信號(hào)，獲得更高