关键词：
磁性颗粒
碳量子点
复合材料
层层自组装
偶联法
摘要：
近年来,纳米科技迅猛发展,在纳米科技发展推动下应运而生的纳米材料也引起学者们的广泛关注,科研工作者们已经制备出众多在光、电、磁等多方面有着优异性能的纳米材料。但是在实际应用中,单一功能的材料已经无法满足复杂的应用要求,在很多方面受到了限制,所以将多种单一功能的纳米材料整合在一起,构建成多功能复合材料,已经成为纳米科学技术研究领域的新热点。磁性Fe3O4纳米材料和荧光材料的复合物在生物领域具有巨大的应用潜力,制备具有磁响应性高,荧光性能优异的双功能复合材料具有重要意义。但是,制备和使用传统的磁性荧光复合材料在许多实际应用中存在限制,特别是在荧光材料的选择方面,比如有机荧光染料,它的光学稳定性较差,并且在使用过程中经常出现光漂白现象;半导体量子点固有的重金属毒性使其应用于生物系统时会造成严重的威胁;稀土金属成本较高并且生物相容性也很差。近来,一种新型的荧光材料,碳量子点（CQDS）,不仅制备原料容易获得且成本低,适合大规模生产,而且具备光学稳定性好、易功能化、低毒性和良好的生物相容性等优点,因此被认为是比半导体量子点等传统的荧光材料更适合应用于生命科学领域。本文探讨了碳量子点的制备及其优化,制备出纳米磁性颗粒Fe3O4并使用不同材料对其进行表面修饰,通过层层自组装,共价键偶联法将磁性Fe3O4和CQDS进行复合,制备得到碳量子点磁性荧光双功能复合材料,对产物进行相应的表征和性能研究。（1）分别通过高压反应釜和微波法制备碳量子点,从红外光谱、荧光发光强度、和光学稳定性三个方面比较碳量子点的结构和性质,结果发现高压反应釜制备的CQDS和微波法制备的CQDS结构相似,但是高压反应釜制备的CQDS光学性能更加优异。进一步用单一原料L-半胱氨酸对反应釜制备的碳量子点进行双原子掺杂,分别探讨原料的加入量、反应温度和反应时间对其荧光性能的影响。通过荧光量子产率比较,CQDS的荧光量子产率为48.22%,而硫氮掺杂的碳量子点（S,N-CQDS）荧光量子产率为59.63%,说明掺杂后的碳点具备更加优异的荧光性能。通过透射电镜（TEM）图的分析,S,N-CQDS粒径大小比较均一,分散性能良好,完全可以满足实际中生物成像、荧光标记等应用。（2）通过化学共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米颗粒,在其表面包覆碳层,形成Fe3O4@C磁性微球,采用层层自组装法将聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）修饰到微球表面。最后将磁性微球与表面富含羧基的碳量子点连接,得到Fe3O4@C@CQDS磁性荧光复合微球。通过红外光谱、X射线衍射（XRD）、荧光光谱、TEM、振动样品磁强计（VSM）等对该复合微球进行结构表征和性能分析,结果表明:这种碳量子点磁性荧光复合材料荧光量子产率为16.54%,饱和磁化强度为23.39 emu/g,粒径大小在40 nm左右,分散性能良好。（3）以生物相容性较好的有机小分子柠檬酸修饰Fe3O4,大大增强了磁性纳米颗粒的生物相容性,通过偶联剂乙二胺与碳量子点连接,成功制得Fe3O4/CA@CQDS,并对其进行结构表征和性能分析,结果表明,该复合材料粒径在40 nm左右,呈球形均匀分布,在室温条件下,饱和磁化强度为20.14 emu/g。经测试,荧光量子效率为20.64%,与第三章制备的Fe3O4@C@CQDS相比,荧光量子产率有所提高。（4）采用包覆法修饰Fe3O4磁性纳米颗粒,通过stober水解法在Fe3O4颗粒表面包覆硅层,再用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对其进一步修饰,使Fe3O4表面具有丰富的氨基,以1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）作为连接剂,通过形成化学键将氨基化的磁性纳米颗粒和荧光碳量子点连接,制备出碳量子点磁性荧光纳米复合材料Fe3O4@SiO2-NH2@CQDs,对其进行结构表征和性能分析,结果表明,该复合材料粒径在35 nm左右,在室温条件下,饱和磁化强度为22.84 emu/g,荧光量子产率为22.59%,与前面制备所得的Fe3O4@C@CQDS和Fe3O4/CA@CQDS相比,发现复合材料Fe3O4@SiO2-NH2@CQDS具备更加优异的磁性能和荧光性能,进一步以该复合材料作为荧光离子探针,研究其对水溶液中Cu2+检测,检出限为0.16?M,表明该复合材料用于Cu2+检测具有高度的灵敏性和选择性,在离子检测领域有着潜在的应用前景。
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