环境响应型碳量子点的设计、制备和性能研究

The surface functionality of carbon quantum dots (CQDs) can generate CQDs with high quantum yield (QY), good biocompatibility and environmental sensitivity available for a wide variety of applications ranging from real-time detection for temperature, pH, metal ions, and DNA to target-imaging in live cells, tissues, and animals. In this project, the fluorescent CQDs can be firstly prepared by pyrolysis method and then the cationic CQDs@PDMAEMA can be synthesized by polymerization of DMAEMA monomer on CQDs surface with the aid of the catalyst of phosphazene and the initiator of active group of CQDs. Furthermore the amphoteric CQDs@PDMAEMA@PSB and the amphiphilic CQDs@PDMAEMA@PCL will be obtained. This method is the first time to be used on the surface functionalization of CQDs. Comparing with the usual methods, the method can prevent the problems of toxic residue, strict condition and tedious preparation process. The aim of the project is to produce functional CQDs, improve their QY and reduce their biotoxicity, and thus to develop high-performance diagnostic materials and drug carriers.

碳量子点表面功能化可以获得高量子产率，良好的生物相容性和环境响应性，可广泛用于活细胞、组织和动物体内温度，pH值，金属离子和DNA的实时监测，也可用于靶向显影识别等。本项目首先利用空气热解法制备荧光碳量子点(CQDs)，然后采用无金属催化剂膦腈碱催化碳量子点表面活性基团，引发单体N,N-二甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合，制备阳离子型聚合物包覆的碳量子点CQDs@PDMAEMA。在此基础上继续反应拟制备两性离子型碳量子点CQDs@PDMAEMA@PSB和两亲型碳量子点CQDs@PDMAEMA@PCL。该方法首次用于碳量子点的功能化改性，它克服了常规方法中存在的有害物质残留，反应条件苛刻和制备过程繁琐等问题。本课题旨在碳量子点表面功能化，提高量子产率，降低生物毒性，尤其赋予环境响应性，为发展高性能疾病诊断和药物载体碳量子点材料提供帮助。

众所周知，碳量子点尺寸小，细胞毒性低，制备成本低廉，环境友好性优异，由于它独特的光学性质，在光电器件和生物医学领域具有广阔的应用前景。与传统的半导体量子点相比，这位碳家族中的新成员不仅保持了碳材料毒性小、生物相容性好等优点，而且还拥有发光范围可调、双光子吸收截面大、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化和易大规模合成等无可比拟的优势。碳量子点表面功能化可以获得高的量子产率，良好的生物相容性和环境响应性，可广泛用于细胞、组织和动物体内温度，pH值，金属离子和DNA的实时监测，也可用于生物体内的靶向显影等领域。本项目首先利用空气热解法微波法水热法等方法制备荧光碳量子点，然后采用无金属催化剂膦腈碱催化碳量子点表面活性基团，分别引发助催化单体己内酯和N,N-二甲基丙烯酸二甲氨基乙酯类发生离子聚合和自由基聚合，获得了聚合物包覆碳量子点的多功能环境响应型杂化材料。而且我们将碳量子点分别引入磁性粒子四氧化三铁、二氧化硅、聚苯胺等材料中赋予杂化材料生物显影，药物靶向和导电等功能，这些工作都大大拓宽了碳量子点在催化，生物显影，电容器件，和药物靶向领域的应用。该工作主要聚焦碳量子点的功能化改性，它摒弃了常规方法中存在的制备过程繁琐，反应条件苛刻和有害物质残留等问题。这些功能化碳量子点具有良好的温敏性和pH响应性，为制备和研究高性能药物载体和疾病诊断环境响应型材料提供了基础。