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不同碳源製備石墨烯量子點於奈米感測器技術之開發應用

為了解決Hola Surf的問題，作者陳靈海 這樣論述：

在過去的十年中，石墨烯量子點（GQD）是一個新開發的0維石墨烯家族，被認為是一種有前途的光學和電化學傳感材料。 GQD具有出色的熒光特性，高表面積，良好的化學穩定性，顯著的量子限制效應和穩定的光致發光等出色特性，使GQD成為用於選擇性和靈敏地檢測化學物質的新型傳感元件。 GQD已使用各種方法合成了不同的化學和天然前體。從天然來源合成GQD既環保又經濟。但是，由不同碳源合成的GQD在物理性質（如結構，形狀和大小）以及化學性質（如官能團）方面彼此不同，導致它們具有不同的靈敏度和選擇性。本文提出的研究集中在通過使用各種合成技術以及從不同的生物基碳前體中合成摻雜的GQD以及隨後將其作為生物傳感器的應

用。在這項研究中，將合成的GQD與其他材料進一步複合，以增強其在環境和生物醫學傳感領域的應用。這項研究分為以下幾個步驟：首先，對來自不同碳源及其光學傳感器的摻雜GQD進行合成和表徵，其次，使用GQD進行納米複合材料的合成，其中GQD是增強其電化學性能並最終改善其性能的主要材料。測試納米複合材料作為電化學傳感器的功效。本研究的第一部分涉及磷（P）摻雜的GQD（PGQD），它們是通過微波輔助分別由L-抗壞血酸和磷酸三鈉分別作為碳和磷的前體成功製備的。 PGQD的粒徑約為3.5 ± 0.5 nm，厚度類似於2 - 4 層石墨烯。 PGQD能夠在1 nM – 150 µM的寬範圍內檢測到Ag+，而其檢

測限極低，僅為0.02 nM。之後在葡萄糖和巰基琥珀酸分別作為碳和硫源的條件下，通過水熱熱解成功地合成了具有穩定綠色熒光的硫摻雜GQD（S-GQDs），用於快速，靈敏地檢測血紅蛋白（Hb）。所製備的S-GQD顯示出均勻的尺寸分佈，平均粒徑為4.5±0.5 nm。 S-GQD對Hb檢測具有極好的靈敏度，線性檢測範圍為10-1000 nM，在磷酸鹽緩衝溶液（PBS）和人血清（HS）中的檢測下限分別為0.28和0.48 nM。此外，採用新鮮百香果汁和硼酸為原料，通過微波輔助水熱法合成了硼和氮共摻雜的高QY的0維GQD（B，N-GQDs）。然後將平均粒徑為9 ± 1 nm的3 – 6層B，NGQD用於

超靈敏和選擇性檢測四環素（TC）。 B，N-GQD在0.04 – 70 µM的線性檢測範圍內顯示出優異的TC測定分析性能，在PBS中檢測限（LOD）為1 nM，在尿液中的檢測限為1.9 nM，在HS中的檢測限為2.2 nM。此外，基於B，N-GQDs的紙納米傳感器對PBS，尿液和HS中0 – 30 µM TC的視覺檢測具有出色的分析性能。此後，在塗有氮摻雜GQD（N-GQDs）的絲網印刷電極（Es）上成功開發了新型超靈敏電化學免疫傳感器。 NGQD易於使用微波合成製造，其NGQD的粒徑範圍為3 – 12 nm。植物血凝素-L（PHA-L）可以通過N-GQDs表面的-COOH和-NH2基團直接附

著在N-GQDs上，並作為特異性受體錨定發育中的乳腺癌細胞（MCF-7）。Es|N-GQDs/PHA-L免疫傳感器。 Es | N-GQDs / PHA-L免疫傳感器具有很寬的線性檢測範圍，從PBS中的5-106個細胞mL-1和HS中的20 - 106個細胞mL-1，其LOD極低，分別為1個細胞和2個細胞。此外，這項研究還證明了合成的N-GQDs作為檢測MCF-7的納米熒光生物成像探針的多功能作用，因此在快速、靈敏地診斷和治療乳腺癌方面比現有技術有了重大進展。最後，開發了新型的以3維（3-D）金納米星（AuNS / S-GQDs）納米複合材料修飾的S-GQD，作為電化學免疫傳感器中的活性生物傳

感材料。大小為2 – 8 nm的S-GQD被均勻地沉積在大小為35 – 60 nm的AuNS表面。在將AuNS / S-GQDs沉積到絲網印刷電極（Es）上之後，Es || AuNS / S-GQDs / Ab免疫傳感器為PSA檢測提供了穩定，超靈敏且高度選擇性的平台。其檢測範圍很廣，分別在PBS及HS獲得10 fg mL-1至50 ng mL-1和30 fg mL-1至50 ng mL-1的檢測範圍，以及在PBS和HS中的LOD極低，僅為0.29 fg mL-1（9.7 aM）和1.1 fg mL-1。所有開發的用於Ag +，Hb，TC，MCF-7和PSA的納米材料均表現出優異的靈敏度和選擇

性，已成功應用於實際樣品中，具有很高的生物傳感探針回收率。總體而言，獲得的結果證明了基於GQD的納米複合材料作為生物醫學納米傳感、生物成像、藥物輸送和進一步擴展到其他應用的納米材料適用性。