碳量子点与纳米银复合体的构建及其抗菌机理研究

Carbon quantum dots (CQDs) exhibited nontoxic, high fluorescence quantum yield and stability, resistant to photo-bleaching and had been widely used in cell imaging, biological detection and biological sensing. This project focues on use one step hydrothermal carbonization of chitosan to synthesis highly amino-functionalized fluorescent carbon quantum dots and systematically analyze the structure, size and surface functional groups of CQDs. Furthermore, we will reveal the formation mechanism of the CQDs and obtain an excellent fluorescence CQDs. Then, we will take the CQDs as reducing agent and stabilizer to synthesis Ag@CQDs nanocomposites. Research the tructure, composition, size and surface state of Ag@CQDs and study the influence of silver nanoparticles on the fluorescence property of CQDs, and illuminate the fluorescence mechanism of Ag@CQDs nanocomposites. Take the Escherichia coli and Staphylococcus aureus as microbial model, using the fluorescence properties of CQDs in Ag@CQDs to simultaneous research the antibacterial mechanism of silver nanoparticles. This will lay the foundation for developing a new-type, high efficiency, environmental, low toxicity and multi-functional carbon-based fluorescent material and its application in the field of metal antibacterial mechanism.

碳量子点(CQDs)具有无毒、高荧光、高稳定性、抗光漂白等优良特性，在细胞标记、生物检测、生物传感等领域具有广阔的应用前景。本项目以壳聚糖为原料，采用水热反应制备氨基功能化的碳量子点，系统分析反应时间、温度、原料壳聚糖聚合度以及其与醋酸配比等对碳量子点结构、尺寸、表面官能团的影响及其内在关系，揭示碳量子点的形成机理，获得具有良好荧光性能的碳量子点。在此基础上，以碳量子点作为还原剂与稳定剂制备碳量子点与纳米复合体(Ag@CQDs)材料，探索Ag@CQDs的结构、组成、尺寸、表面状态以及纳米银对碳量子点荧光性能的影响，阐明纳米复合体的发光机理。以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌为微生物模型，利用Ag@CQDs中碳量子点的荧光性同步监测纳米银的抗菌机制。本项目将为开发新型、高效、环保、低毒、多功能的碳纳米荧光材料及其在金属抗菌机理研究领域奠定科学基础。

碳量子点(CQDs)作为荧光材料家族的新秀，它具有类似于半导体量子点的发光性能与小尺寸效应，能实现一元激发、多元发射的荧光特性，同时还具有化学性质稳定、易于表面功能化、良好的水溶性和生物相容性、抗光漂白的优势，在荧光标记、药物传输、分析检测、电化学、生物传感、 光电器件等方面具有广阔的应用范围。. 本项目以壳聚糖为原料，构造了一种快速且有效的制备高荧光量子效率氨基功能化碳量子点的方法，并对荧光碳量子点的合成条件进行了有效分析。在此基础上，研究了不同硝酸银与碳量子点原料配比在不同反应时间、反应温度下 Ag@CQDs 的生成条件，对纳米银的粒径大小及分布情况进行控制研究，获得了具有良好荧光性能的复合材料。研究了碳量子点对 E.coli 和 S.aureus 等细菌的生物相容性，结果表明所制备的荧光碳量子点对此类微生物的生长无明显影响；研究了 Ag@CQDs对细菌等微生物的相容性，研究了Ag@CQDs 的抗菌机制，并对实验制备方案进行了优化。 . 通过本项目的研究，我们获得了具有良好生物相容性的氨基功能化荧光碳量子点及Ag@CQDs复合材料，并对Ag@CQDs的抗菌机制进行了研究。已经发表标注论文11篇 ，其中SCI收录10篇，联合培养硕士研究生3名。本项目为开发新型、高效、环保、低毒 、多功能的碳纳米荧光材料及其在金属抗菌机理研究领域奠定了科学基础。