【摘 要】
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碳纳米材料因具有小尺寸效应和表面效应,表现出优良的物理、化学性能。在肿瘤治疗、基因/药物载体、光电装置、传感等诸多领域都有很大的潜在应用前景,引起了科学家们的高度关注。本文的重点在于构筑功能性碳纳米材料,并对其性能进行相关研究。本论文工作分为三个部分:一、综合阐述了碳纳米材料的分类及性质、制备及功能化方法和表征手段。详细介绍了碳纳米材料独特的物理化学性以及在传感、光电装置和生物治疗等众多领域中的应
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碳纳米材料因具有小尺寸效应和表面效应,表现出优良的物理、化学性能。在肿瘤治疗、基因/药物载体、光电装置、传感等诸多领域都有很大的潜在应用前景,引起了科学家们的高度关注。本文的重点在于构筑功能性碳纳米材料,并对其性能进行相关研究。本论文工作分为三个部分:一、综合阐述了碳纳米材料的分类及性质、制备及功能化方法和表征手段。详细介绍了碳纳米材料独特的物理化学性以及在传感、光电装置和生物治疗等众多领域中的应用,提出本论文选题思路和研究内容。二、以吐温80为碳源在磷酸-硫酸的混酸碳化条件下一步碳化制备了一种疏水性的白色荧光发射碳量子点（WCDs）。利用高分辨透射电镜、核磁、拉曼光谱、X-射线光电子能谱和红外光谱等多种表征手段揭示了 WCDs球形纳米结构及表面承载疏水性烷基链的结构特征。WCDs的荧光光谱结果显示其在固态和液态都有很强的荧光发射。对荧光光谱做了进一步分析,发现得到的CIE 1931色度坐标位于（0.270,0.306）,非常接近纯白光的色度坐标（0.33,0.33）。此外,液态和固态荧光量子产率数据说明WCDs表面的疏水性烷基链结构能有效抑制聚集导致的荧光猝灭,使得WCDs在固态也具有良好的荧光发射性能。基于此特征,将制得的WCDs纳米粒子进一步应用于白色发光二极管（W-LED）和指纹的恢复。W-LED的色度坐标位于（0.310,0.296）且色温为7034K,说明发射的荧光属于冷白光。这些数据结果表明WCDs在W-LED领域有很好的潜在应用前景。此外,指纹的恢复实验结果说明WCDs表面的疏水性烷基链能与指纹残留物中亲脂类物质特异性结合,在紫外灯下显现出清晰明亮的指纹图像,具有指纹识别功能。三、碳纳米材料具有良好的光电转换性能,但在溶液中的分散性很差,这是其在生物应用领域急需解决的难题。金丝桃素（Hypericin）是一种从连翘的全草中提取的天然光敏试剂。将其与光热试剂单壁碳纳米角（SWNHs）进行简单的一步超声,制备了水溶性的单壁碳纳米角-金丝桃素复合物（SWNHs-Hypericin）,并将其用于光热和光动力（PTT/PDT）双功能治疗肿瘤细胞。在这一PTT/PDT体系中,SWNHs作为光热试剂和药物载体,而Hypericin是水溶性光敏试剂。通过对透射电镜、紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱和电子顺磁光谱等多种表征结果的分析可知,Hypericin主要通过π-π作用附着在SWNHs表面,并且光照条件导致Hypericin与SWNHs间发生电子转移现象并产生活性氧自由基。此外,热成像结果显示SWNHs-Hypericin复合物在体外和体内都有很好的光热升温效果。体外细胞存活率数据显示SWNHs-Hypericin复合物有明显的光治疗效果。小鼠体内实验结果也表明SWNHs-Hypericin复合物能有效地杀死小鼠乳腺癌细胞,具有良好的抗肿瘤活性。以上结果说明SWNHs-Hypericin复合物具有良好的光热和光动力双功能治疗效果,可以作为一种很有应用前景的新型光治疗材料。
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