摘 要

碳点（CDs）是一种新的荧光碳纳米材料，由于其具有多色荧光性能、无毒性、生物相容性等优良的性能，已经引起了研究者们的广泛关注。本工作采用一种简单方便的微波原位法制备了壳聚糖/碳点复合物，并对所制备的壳聚糖/碳点纳米复合物的性能和应用进行了表征研究。

我们以壳聚糖溶液作为唯一反应物，采用微波处理壳聚糖溶液的简单方便的原位方法直接制备了壳聚糖/碳点复合物。所制备的壳聚糖/碳点复合物不仅具有碳点的多色荧光特征，而且保留了壳聚糖的pH刺激响应性能和成膜性能。基于这些优良的性能，我们直接利用电沉积技术构建了壳聚糖/碳点复合材料荧光涂层，以及通过电沉积技术在不同电极或基材上制备了荧光涂层。研究结果表明，这种壳聚糖/碳点复合物可以直接应用于电沉积，在光致发光涂层、荧光图案、荧光标记、控制释放等领域具有良好的应用前景。

本工作采用了简单原位的方法直接构建壳聚糖/碳点纳米复合物，所得到的壳聚糖/碳点纳米复合物不仅具有碳点的多色荧光性能，还保留了壳聚糖的性能特点。本工作将为生物大分子/碳点荧光纳米复合物的构建和应用研究提供实践依据，也将为荧光涂层、生物传感器、检测器、荧光标记等领域的应用研究提供新的参考。

关键词：微波法，碳点，电沉积，壳聚糖，荧光纳米复合物

Abstract

Carbon dots (CDs) is a new type of fluorescent carbon nanomaterial, because of its excellent properties, such as multicolor fluorescence, nontoxicity and biocompatibility, it has attracted wide attention of researchers. In this work, a simple and convenient method was used to prepare chitosan / carbon composite, and we have analyzed its comprehensive properties and application.

In this paper, a CDs/chitosan composite can be produced by a simple and novel in situ method based on a one-step microwave treatment of a chitosan solution. The solution of chitosan as the only reactant of this work for the production of the CDs/chitosan composite, the CDs/chitosan composite not only has the multicolor fluorescence from carbon dots, but also retained the chitosan’s pH response and the properties of film. On the basis of these beneficial properties, we can directly use the CDs/chitosan composite material to construct the fluorescent coating, and fluorescent coating which prepared by electrodeposition technology on different electrode or substrate. The results show that this kind of chitosan / carbon composite can be directly applied to the electrodeposition, and has good application prospects in the fields of photoluminescence coating, fluorescence pattern, fluorescence labeling, controlled release and so on.

In the work, we choose a situ microwave method to construct directly biological macromolecules / fluorescent nano carbon composite .The biological macromolecules / carbon composite not only has carbon’s multicolor fluorescence property, also retains the characteristics of biological macromolecules. This work will provide theoretical and practical basis for the construction and application of biological macromolecules / fluorescent nano carbon dots, and provide new research ideas for the fields of fluorescent coatings, biological detectors, fluorescent labeling and so on.

Key Words：Microwave treatment ，Carbon dots，Electrodeposition ，Chitosan，Fluorescent nanomaterial

目录

第1章 绪论 1

1.1生物大分子 1

1.1.1生物大分子材料概述 1

1.1.2生物大分子材料的特性 1

1.1.3生物大分子材料的应用 2

1.2壳聚糖 3

1.2.1壳聚糖简介 3

1.2.2壳聚糖电沉积技术 3

1.3碳点 4

1.3.1碳点简介 4

1.3.2碳点的制备方法 6

1.3.3碳点的应用 6

1.4本课题目的与意义 7

1.5本课题研究内容及设计思路 8

第2章 实验部分 10

2.1实验原料及仪器设备 10

2.2制备壳聚糖/碳点复合物 11

2.2.1配制壳聚糖溶液 11

2.2.2微波处理壳聚糖溶液 11

2.3壳聚糖/碳点复合物的表征 12

2.4壳聚糖/碳点复合物的电沉积 12

2.5壳聚糖/碳点复合物的荧光猝灭 12

2.5.1壳聚糖/碳点复合物的荧光猝灭 12

2.5.2壳聚糖/碳点复合物电沉积层的荧光猝灭 13

第3章 实验结果与讨论 14

3.1制备壳聚糖/碳点复合物 14

3.2壳聚糖/碳点复合物的电沉积 17

3.3壳聚糖/碳点复合物的荧光猝灭 17

第4章 结论 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

荧光碳点是目前热门的新型碳纳米材料之一，其粒径通常在1-10 nm。碳点具有非常小的细胞毒性和优良的生物相容性；除此之外，碳点还具有多色荧光性、良好的荧光稳定性等优良的荧光性能，以及水分散性好、易于制备、环境友好等特点光学性能十分优异，在荧光标记、生物成像、光催化剂和控制释放等领域具有十分广泛的应用前景。目前，将生物大分子与碳点进行复合得到的生物大分子/碳点复合物具有许多优良的特性，不但能够保留碳点的荧光性能，同时还具有生物大分子良好的生物相容性和无毒性，因此这种复合物在生物检测、光催化、药物载体、荧光涂料等方面具有良好的应用前景。

1.1生物大分子

1.1.1生物大分子材料概述

生物大分子是指自然界生物体中存在的有机高分子化合物。生物大分子及其衍生物是一类非常重要的生命必需物质，协助生物体实现着许多重要的生理功能。天然的生物大分子材料具有许多优良的性能，如环境友好性，来源广阔等，是良好的低碳材料。同时，生物界神奇的遗传技术使得生物大分子材料的特性逐代传递下去。

生物大分子材料来源广泛，种类繁多，性能优异，为人类的生产、生活的各个方面提供各种保障。例如：人体自身就是由多种大分子、无机物和小分子物质组成的复杂体系。按照生物大分子的结构，可将其分为八类^[1]：核酸，如脱氧核糖核酸；多糖，如淀粉、纤维素、甲壳素等；聚酰胺，如蛋白质和聚氨基酸；聚硫酯；聚磷酸酯；脂肪族聚酯；类聚异戊二烯，如天然橡胶；聚酯。

1.1.2生物大分子材料的特性

生物大分子具有很多优良的特性，例如来源广阔，种类多样，便于改性，具有生物活性等。深入研究生物大分子材料的结构和性能，掌握生物大分子材料的改性方法，是一项很有意义的工作，有利于缓解当今世界的越来越严重的环境危机问题。

1.1.3生物大分子材料的应用

1.1.3.1生物大分子材料在水处理领域的应用

废水的处理方法有很多^[2]，絮凝沉淀法是处理废水中的一种重要方法。絮凝沉淀法中最重要的物质就是凝絮剂，其中生物有机絮凝剂优势明显，有机絮凝剂是由天然生物大分子物质如淀粉、纤维素等为原料进行化学改性制取的，它具有原料来源广阔、价钱便宜、选择范围广、环保无毒等特点。与传统的絮凝剂对比，有机絮凝剂具有使用剂量少，效率高，高稳定性等优点，因此，具有广阔的应用前景。

1.1.3.2生物大分子材料在生物医用领域的应用

生物大分子材料生物相容性好，可以在人体内降解，且降解的产物对人体不产生副作用，因此生物大分子材料在生物医用领域应用广泛。例如，甲壳素和壳聚糖都可以用于制备可吸收手术缝合线^[3]，作为一种阳离子性糖类化合物，甲壳素和壳聚糖具有生物活性，在可吸收型人体植入材料方面具有相当大的应用潜力，当下对于甲壳素和壳聚糖在手术缝合线中的应用研究已经很深入，可吸收的手术缝合线主要应用于整形美容和消化系统外科等需要内缝合的手术当中。甲壳素缝合线具有许多独一无二的优点：有一定的消炎抗菌作用，可以促进伤口愈合，疤痕小；人体耐受性良好；适合的柔性强度，便于缝合和打结；表面光滑；能满足伤口愈合全部过程中对于缝合线强度的要求等。

1.1.3.3生物大分子材料在新能源领域的应用

当今世界，石油资源日趋减少、温室效应越来越严重，寻找其他可再生资源取代石油已经是当务之急，价格低廉的生物质原料取代石油是各国科学家的研究重点。如用纤维素制备的乙醇是用于现代汽车之中的可再生高级生物燃料^[4]，是减少温室气体排放量和燃油量的经济实惠的方法之一，能够成为真正使用的低碳交通燃料。

1.1.3.4生物大分子材料在导电功能材料中的应用

生物大分子材料本身并不导电，但是可以通过复合技术或者原位聚合，得到导电性的生物大分子材料^[5]。例如碳纳米管由于其具有出色的电性能，一直受到人们的重点关注，广泛应用于生物传感器、金属检测器、新能源材料等领域。

1.2壳聚糖

1.2.1壳聚糖简介

甲壳素又名几丁质，在海洋无脊椎动物、昆虫等的外壳以及真菌细胞中大量存在的一种生物高分子化合物。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素经过脱乙酰反应衍生的氨基多糖，甲壳素和壳聚糖都具有含量丰富、来源广阔等优点。壳聚糖具有很多优良的特性，如良好的成膜性能，生物相容性，环境友好性，pH刺激响应性和抗菌性等，因此可用作生物材料，广泛应用于生物医学领域。