打印制备碳点阵列芯片及其多底物检测应用开题报告

1. 研究目的与意义

碳量子点作为新型的“零维”碳纳米材料，与传统的有机荧光染料、金属纳米材料以及半导体量子点相比有很多优势。它不仅有较好的发光性能，尺寸也小，同时又具有良好的水溶性、生物相容性和化学稳定性，在重金属离子传感器、生物传感器、药物传感器及细胞成像、标记等领域有着良好的应用前景。目前，有关重金属离子传感器的研究已经变得非常热门，但仍然存在很多问题，比如碳量子点的荧光强度不高，不利于进一步提高检测的灵敏性，对离子的响应性通常比较单一，无法实现对很多种离子的检测分析等等。由于碳量子点存在于液体中，在应用方面就存在很多限制，无法器件化则是一大问题。本课题主要是将碳量子点存在于水中这一局限问题解决，将其芯片化、器件化，因此，寻找一种能够增强碳量子点的固态介质就尤为重要。本论文拟通过引入多禁带光子晶体到碳量子点传感器阵列，应用打印技术精确、快速地制备传感器微芯片。利用光子晶体的选择性高效光调控与荧光放大效应，对碳量子点传感器的响应灵敏度与多底物识别度大幅提升，开发一种通用性的方法与产品，实现单个、简单碳点传感器对多底物的检测与分析。将精细打印与光子晶体微阵列多底物检测芯片相结合，将会从方法学上提高大通量多底物检测与分析的效率，同时大大降低成本，为发展高效化学乃至生物传感器提供新的思路、方法与工艺。

2. 研究内容和预期目标

本课题主要研究内容：1、碳量子点的合成与表征；2、碳量子点多发射性能优化；3、碳量子点探针对金属离子响应性测试预期目标：1、合成1-2种碳量子点；2、合成的碳量子点具备多发射荧光特性；3、合成的碳量子点不同发射峰能够实现对金属离子的差异化响应；4、在上述结果的基础上，构建基于碳量子点探针的金属离子检测体系。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：1、化学合成：合成碳量子点；2、碳量子点的结构表征：TEM、IR；3、碳量子点的光学性能测试：吸收、发射等；4、荧光检测：探针与被检测物混合后，荧光信号的测试步骤：1、设计并合成碳量子点；2、对合成的碳量子点进行结构表征；3、对合成的碳量子点进行光学性能测试，包括吸收光谱、荧光光谱等；4、分别将多种金属离子，与探针分子配制成混合溶液，测试其荧光信号；5、用统计方法分析检测结果，最终实现多种金属离子的检测识别。

4. 参考文献

[1]l. qiao, s. qian, y. wang, s. yan, h. lin. carbon‐dots‐based lab‐on‐a‐nanoparticle approach for the detection and differentiation of antibiotics[j]. chem.-eur. j., 2018, 24, 4703-4709.

[2]]nitrogen-doped carbon dots with high quantum yield forcolorimetric and fluorometric detection of ferric ions and in afluorescent ink. zhou x,zhao g,tan x,qian x,zhang t,gui j,yang l,xie x. microchimica acta . 2019

[3]a fluorometricpaper test for chromium (vi)based on the use of n-doped carbondots. lu kh,lin jh,lin cy,chen cf,yeh yc. microchimica acta . 2019

5. 计划与进度安排

1）2022年月1日5日----2022年4月1日：查阅资料，阅读相关文献，研究并制定相应的实验方案，完成开题报告并完成绪论部分；

2）2022月4月2日----2022年4月23日：设计含氮碳量子点以及其他类型碳量子点，用合理方法进行合成；

3）2022月4月23日----2022年4月30日：对合成的碳量子点结构进行tem及ir表征，对材料的形态、尺寸、微结构有一定了解；