核壳型金属@二氧化硅/碳点纳米复合粒子的可控制备及金属增强荧光效应研究

荧光碳点具有低毒、生物相容性好，在生物成像与疾病检测等方面有潜在的应用价值，但偏低的量子产率影响其应用。本课题拟利用金属增强荧光效应以克服上述困难。通过设计金属@二氧化硅/碳点纳米复合粒子，使金属局域表面等离激元共振（LSPR）吸收带与碳点的吸收或发射峰匹配，且碳点与金属保持合适的间距（不至于猝灭），达到荧光增强的目的。研究采用不同尺寸、不同形貌的金或银颗粒（有不同的LSPR吸收带）为核，生长不同孔径的介孔二氧化硅层，利用介孔孔道作为局域的纳米反应器，在介孔孔道内合成荧光碳点。探索介孔孔道内微观混合、限域反应及热质传递。同样，采用层层自组装技术在金属@SiO2纳米粒子表面组装碳点和聚电解质多层膜，研究组装方法和组装过程的调控规律。进而研究金属@二氧化硅/碳点纳米复合粒子的金属增强荧光效应。从荧光寿命、荧光量子产率、荧光共振能量转移等多角度探讨金属增强荧光机理，并进行简单的细胞毒性评价。

荧光碳点（CDs）或石墨烯量子点（GQDs）具有低毒、生物相容性好，在生物成像与疾病检测等方面具有潜在的应用价值，但偏低的量子产率影响其应用。本课题利用金属增强荧光效应以克服上述困难，并探讨了金属纳米粒子与碳点、上转换纳米发光材料和其他无机纳米材料复合协同效应。做出了多项原创性的发现。1、采用介孔二氧化硅微球作为主体模板，利用孔的限域性合成了尺寸分布窄、发光性质优的亲水性CDs，细胞和动物实验显示毒性低于传统量子点；此外，设计制备了PEG修饰的GQDs，研究了不同光源下的光电转化能力。2、利用金属局域表面等离激元共振（LSPR）吸收带与碳点等发光物质（包括氧化石墨烯、超薄MoS2和上转换纳米粒子）的吸收或发射峰匹配，设计了金属@二氧化硅/碳点等发光材料复合粒子，得到明显的荧光增强；进一步设计构建的CDs-PAMAM-Au，荧光强度增强达62倍。3、设计和制备了具有三明治结构的Fe3O4/SiO2/Au/TiO2光催化剂，其具有磁分离、选择性吸附和光催化活性，以及在模拟太阳光照射下的高效的光催化降解有机污染物的能力；进一步构建了具有良好分散性的Ag@SiO2@TiO2三重核壳光催化剂，探讨了光催化机理，发现SiO2中间层因其高的稳定性和低的折射率，可以阻止银氧化、调节局域等离子体共振（LSPR），实现银的等离子体共振能量转移（PRET）到TiO2上，其可见光光催化活性是无SiO2层的31倍，是P25的38倍。4、利用CDs荧光共振能量转移，实现了铜离子和L-半胱氨酸（L-Cys）的灵敏检测，探测Cu2+的检测限为2.3×10-8 M，L-Cys的检测限为3.4 × 10-10 M。5、制备了粒径均一的球形β-NaYF4:Yb,Er 上转换纳米粒子，通过偶联单克隆抗体，制成了新型的上转换荧光试纸条生物传感器，用于水产养殖业鳗弧菌引起的病害的检测，比传统方法检测限降低100倍；构建了新颖的Fe3O4@SiO2/NaYF4: Yb/Er@MnO2载药系统，该药物可以通过‘接通’上转换荧光在肿瘤细胞处释放。