Влияние легирования и функционализации углеродных точек на их свойства

В настоящее время актуальным является исследование возможностей использования углеродных точек для биомедицинских приложений. Создание на основе углеродных точек низкотоксичных наносистем, способных стать заменой токсичным полупроводниковым квантовым точкам и находящих применение в создании биосенсоров, биовизуализирующих и тераностических агентов, является перспективным и обладает новизной. В работе проведен синтез углеродных точек гидротермальным методом с использованием в качестве углеродных прекурсоров глюкозы и сажи березовой коры. Легирование атомами азота углеродных точек было проведено в процессе синтеза путем добавления водного раствора аммиака. Определены средние размеры углеродных точек из глюкозы, которые равны 14 нм, из сажи березовой коры - 49 нм. Разница в размерах углеродных точек обусловлена разной природой углеродных прекурсоров. Полученные углеродные точки обладают поглощением в ультрафиолетовой области спектра и люминесценцией в сине-зеленой области. Был исследован состав функциональных групп на поверхности углеродных точек. Показано, что они представлены карбоксильными, карбонильными, гидроксильными и эпоксидными группами. Для изменения свойств полученных углеродных точек была проведена функционализация хромофорными группами. Установлено, что добавление хромофоров меняет спектры поглощения углеродных точек и сдвигает спектры люминесценции в красную область спектра.

углеродные точки, люминесценция, поглощение, легирование, функционализация, гидротермальный синтез, глюкоза, сажа березовой коры, механизм люминесценции, хромофоры

1. Shining carbon dots: synthesis and biomedical and optoelectronic applications / F. Yuan, S. Li, Z. Fan [et al.] // Nano Today. - 2016. - V. 11. - № 5. - P. 565-586.

2. Toward efficient orange emissive carbon nanodots through conjugated sp2-domain controlling and surface charges engineering / S. Qu, D. Zhou, D. Li [et al.] // Advanced materials. - 2016. - V. 28. - № 18. - P. 3516-3521.

3. Amplified spontaneous green emission and lasing emission from carbon nanoparticles / S. Qu, X. Liu, X. Guo [et al.] //Advanced Functional Materials. - 2014. - V. 24. - № 18. - P. 2689-2695.

4. Baker S. N. Luminescent carbon nanodots: emergent nanolights / Baker S. N., Baker G. A. // Angewandte Chemie International Edition. - 2010. - V. 49. - № 38. - P. 6726-6744.

5. Lim S. Y. Carbon quantum dots and their applications / Lim S. Y., Shen W., Gao Z. // Chemical Society Reviews. - 2015. - V. 44. - № 1. - P. 362-381.

6. Carbon dot-based inorganic-organic nanosystem for two-photon imaging and biosensing of pH variation in living cells and tissues / B. Kong, A. Zhu, C. Ding [et al.] // Advanced materials. - 2012. - V. 24. - № 43. - P. 5844-5848.

7. Carbon nanodots: synthesis, properties and applications / H. Li, Z. Kang, Y. Liu, S.T. Lee //Journal of materials chemistry. - 2012. - V. 22. - № 46. - P. 24230-24253.

8. Highly photoluminescent carbon dots for multicolor patterning, sensors, and bioimaging / S. Zhu, Q. Meng, L. Wang [et al.] //Angewandte Chemie. - 2013. - V. 125. - № 14. - P. 4045-4049.

9. pH triggered in vivo photothermal therapy and fluorescence nanoplatform of cancer based on responsive polymer-indocyanine green integrated reduced graphene oxide / S. M. Sharker, J. E. Lee, S. H. Kim [et al.] //Biomaterials. - 2015. - V. 61. - P. 229-238.

10. A graphene quantum dot photodynamic therapy agent with high singlet oxygen generation /j. Ge, M. Lan, B. Zhou [et al.] // Nature communications. - 2014. - V. 5. - № 1. - P. 1-8.

11. Intercrossed carbon nanorings with pure surface states as low-cost and environment-friendly phosphors for white-light-emitting diodes / X. Li, Y. Liu, X. Song [et al.] // Angewandte Chemie. - 2015. - V. 127. - № 6. - P. 1779-1784.

12. Efficiency enhancement of perovskite solar cells through fast electron extraction: the role of graphene quantum dots / Z. Zhu, J. Ma, Z. Wang [et al.] // Journal of the American Chemical Society. - 2014. - V. 136. - № 10. - P. 3760-3763.

13. Tunable photoluminescence across the entire visible spectrum from carbon dots excited by white light / S. Hu, A. Trinchi, P. Atkin, I. Cole //Angewandte Chemie International Edition. - 2015. - V. 54. - № 10. - P. 2970-2974.

14. Photoluminescence-tunable carbon nanodots: surface-state energy-gap tuning / L. Bao, C. Liu, Z. L. Zhang, D.W. Pang //Advanced Materials. - 2015. - V. 27. - № 10. - P. 1663-1667.

15. Synthesis of carbon dots with multiple color emission by controlled graphitization and surface functionalization / X. Miao, D. Qu, D. Yang [et al.] //Advanced materials. - 2018. - V. 30. - № 1. - P. 1704740.

16. White emissive carbon dots actuated by the H-/J-aggregates and Forster resonance energy transfer / D. Qu, D. Yang, Y. Sun [et al.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2019. - V. 10. - № 14. - P. 3849-3857.

17. Yang, K. Stimuli responsive drug delivery systems based on nano-graphene for cancer therapy / Yang K., Feng L., Liu Z. // Advanced drug delivery reviews. - 2016. - V. 105. - P. 228-241.

18. Theranostic applications of carbon nanomaterials in cancer: Focus on imaging and cargo delivery / D. Chen, C. A. Dougherty, K. Zhu, H. Hong // Journal of controlled release. - 2015. - V. 210. - P. 230-245.

19. Brown, E. D. Antibacterial drug discovery in the resistance era / Brown E. D., Wright G. D. // Nature. - 2016. - V. 529. - № 7586. - P. 336-343.

20. Preparation of photoluminescent carbon nitride dots from CCl4 and 1, 2-ethylenediamine: a heat-treatment-based strategy / S. Liu, J. Tian, L. Wang [et al.] // Journal of Materials Chemistry. - 2011. - V. 21. - № 32. - P. 11726-11729.

21. Layered graphene/quantum dots for photovoltaic devices / C.X. Guo, H.B. Yang, Z.M. Sheng [et al.] // Angewandte Chemie International Edition. - 2010. - V. 49. - № 17. - P. 3014-3017.

22. Solar hydrogen production using carbon quantum dots and a molecular nickel catalyst / B. C. Martindale, G. A. Hutton, C. A. Caputo, E. Reisner // Journal of the American Chemical Society. - 2015. - V. 137. - № 18. - P. 6018-6025.

23. Facilely synthesized N-doped carbon quantum dots with high fluorescent yield for sensing Fe3+ /j. Yu, C. Xu, Z. Tian [et al.] // New Journal of Chemistry. - 2016. - V. 40. - № 3. - P. 2083-2088.