功能化石墨烯、石墨烯量子點的制備及其性能研究.pdf

1、傳統的共振能量轉移只能在供受體對距離小于10nm范圍內有效發生，大大限制了其在生化分析中的應用。自2004年英國曼徹斯特大學Geim等發現單層石墨烯以來，由于其獨特優良的物理化學性質，石墨烯在微電子、功能材料、化學傳感等研究領域都表現出廣闊的應用前景。且已有理論研究表明，石墨烯用于能量轉移時，共振能量轉移能在供受體對距離為30nm范圍內有效發生。石墨烯量子點，作為一種新型的量子點材料，具有優良的光致發光、低的生物毒性、化學惰性等，可作為

2、能量轉移的供體有效應用于能量轉移體系中。但目前已有的文獻報道中，將石墨烯作為能量轉移受體和石墨烯量子點作為能量轉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，并進一步探討了其在生化分析中的應用。具體研究內容包括以下兩個方面:
　　 (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行了猝滅效率的比較，結果表明，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為熒光增強效應，這對于石墨烯在光電傳感、生化分析等領域的應用有比較重要的意義。
　　 (2)能量供體石墨烯量子點的制備及其細胞分析化學。以富勒烯為碳源，建立了煅燒法一步合成石墨烯量子點的新方法。合成的石墨烯量子點具有良好的熒光特性、較好的水溶性、光穩定性、抗鹽能力及良好的生物相容性。透射電子顯微鏡結果顯示合

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

6、墨烯量子點優良的熒光性能、良好的生物相容性以及金屬離子與石墨烯量子點表面的羥基和羧基間存在相互作用導致石墨烯量子點的熒光猝滅，成功地將合成的石墨烯量子點用于細胞內鐵離子的成像分析。
　　 通過上述研究，我們發現還原型氧化石墨烯作為能量受體時，相較于氧化石墨烯有更高的能量轉移效率。該研究對目前石墨烯在生化分析中的應用研究是一個新的補充，將還原型氧化石墨烯代替氧化石墨烯作為能量轉移受體用于生化分析中，可以進一步降低背景信號，獲得更高