自交聯(lián)共軛亞油酸囊泡基熒光納米點(diǎn)的構(gòu)筑及其熒光特性

樊曄，曹崇梅，方云，夏詠梅

江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，合成與生物膠體教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122

1 引言

碳點(diǎn)(CDs)一般指尺寸小于10 nm或在其左右、具有準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu)且能穩(wěn)定發(fā)光的納米碳，自2004年面世以來1，便因其具有熒光納米點(diǎn)(fluorescent nanodots，以下簡稱FNDs)的性質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。這是因?yàn)镃Ds不僅保留了碳基材料低毒性和生物相容性等特性，而且熒光可調(diào)性強(qiáng)、水分散性好、抗光漂性強(qiáng)以及表面易于功能化，因此在分析檢測(cè)、細(xì)胞成像、藥物傳輸、發(fā)光器件、光電催化、生物傳感和癌癥治療等領(lǐng)域都顯示應(yīng)用前景2,3。采用自上而下法制備CDs是將宏觀碳源如石墨、碳納米管和炭黑等通過激光燒灼4、電化學(xué)法5及酸蒸汽切割6等方式裂解；自下而上法常以生物質(zhì)小分子如蔗糖7、檸檬酸8和氨基酸9等為碳源，也用合成小分子10,11，經(jīng)過脫水、縮聚和碳化等反應(yīng)制備。若以天然大分子如蠶砂12、蘋果13和紅茶14等為碳源時(shí)則需要經(jīng)過先自上而下(高溫裂解)后自下而上(脫水、縮聚和碳化)的過程。此外，還出現(xiàn)利用小分子15或聚合物16適度交聯(lián)制備的具有獨(dú)特類聚合物碳?xì)滏溄Y(jié)構(gòu)的CDs (聚合物點(diǎn)，PDs)，進(jìn)一步豐富了CDs的結(jié)構(gòu)，使其碳核結(jié)構(gòu)不再局限于sp2雜化的石墨烯碎片、sp2和sp3雜化碳構(gòu)成的碳納米點(diǎn)3。雖然生物質(zhì)碳源制備碳基FNDs的方法具有原料綠色化的優(yōu)勢(shì)，但是其過程的綠色化和可持續(xù)性受到質(zhì)疑17，即因其化學(xué)反應(yīng)的可控性差而導(dǎo)致原子經(jīng)濟(jì)性差和FNDs產(chǎn)率低7,18；還會(huì)因水/溶劑熱條件而提高對(duì)設(shè)備的要求和帶來安全問題；有些甚至需消耗大量酸堿、強(qiáng)氧化劑或有機(jī)溶劑等，因此增加后處理過程并使廢棄物嚴(yán)重8,13。

本實(shí)驗(yàn)室前期用天然來源和生理有益的共軛亞油酸(CLA)自組裝不飽和脂肪酸囊泡(ufasomes)，獲得平均粒徑在10-20 nm范圍的納米中空顆粒，并發(fā)現(xiàn)其本身或自交聯(lián)體在藥物緩釋、鈣離子響應(yīng)性、提高耐酸性和冷水溶解度等方面顯示應(yīng)用潛能19-24。本文設(shè)想，如果進(jìn)一步減少對(duì)上述自交聯(lián)過程的干擾使其粒徑更均一，以及提高自交聯(lián)度使其更穩(wěn)定，也許能構(gòu)思一種生物質(zhì)碳源經(jīng)非傳統(tǒng)(裂解-脫水-縮聚-碳化)途徑“構(gòu)筑”而非“合成”碳基FNDs的新策略，從而克服文獻(xiàn)中各項(xiàng)缺陷，使生物質(zhì)碳源法更趨向于生物和環(huán)境友好、有序和可控的綠色化學(xué)過程。文獻(xiàn)中曾有零星報(bào)道在油酸和水不相溶體系中以乙酸碳源制備碳基FNDs25或以油酸為溶劑而蔗糖碳源制備碳基FNDs7，但鮮有用脂肪酸碳源制備碳基FNDs的報(bào)道。因此，本文將利用CLA的自組裝活性獲得分子有序排列的ufasomes，再引發(fā)其共軛雙鍵聚合獲得自交聯(lián)的ufasomes(SCU)，從而用生物質(zhì)小分子CLA為碳源經(jīng)自組裝-自交聯(lián)全新策略直接制備自交聯(lián)不飽和脂肪酸囊泡基FNDs(SCUFNDs)，并進(jìn)一步考察該FNDs獨(dú)特的表面羧酸基團(tuán)和內(nèi)部自交聯(lián)度對(duì)其熒光特性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

CLA (純度≥ 95%)，購自大連醫(yī)諾生物有限公司；過硫酸銨(APS，AR)，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，重結(jié)晶3次后使用；其它試劑均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率18.2 MΩ·cm)，美國Millipore Synergy UV超純水系統(tǒng)。

JEM-2100透射電子顯微鏡(日本JEOL公司，加速電壓120 kV)；FS5熒光光譜儀(英國Edinburgh Instruments公司)；TU-1950雙光束紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；ALV/DLS/SLS-5022F型激光光散射系統(tǒng)(德國Hosic有限公司)，PLUS-85冷凍干燥機(jī)(西班牙LYOQUEST公司)。

2.2 SCU的制備

配制氫氧化鈉的無水乙醇溶液，在磁力攪拌下將其緩緩加入等摩爾量的CLA的乙醇溶液中，經(jīng)皂化得到共軛亞油酸鈉(SCL)，脫除溶劑后經(jīng)真空烘箱干燥備用。用pH 8.6的硼酸(0.1 mol·L-1)-硼砂(0.025 mol·L-1)緩沖液準(zhǔn)確配制3 mmol·L-1的SCL溶液，并取其10 mL于25 mL圓底燒瓶中，加入20 μL的APS水溶液(0.22 mol·L-1)，通氮?dú)?0 min排除氧氣，然后將其置于80 °C的油浴中攪拌自交聯(lián)10 h得到澄清透明無任何沉淀物的SCU溶液。以下光學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中如無注明均直接使用該溶液作為SCU-FNDs溶液。

2.3 透射電子顯微鏡表征

用移液槍取10 μL的SCU-FNDs溶液滴于銅網(wǎng)(T10023，北京新興百瑞技術(shù)有限公司)上，用濾紙吸干多余的液體，重復(fù)三次，自然干燥后進(jìn)行透射電子顯微鏡(TEM)表征。

2.4 動(dòng)態(tài)激光光散射表征

SCU-FNDs溶液經(jīng)Millipore Millex-HV針筒式過濾器(水相，PVDF材質(zhì))過濾至樣品瓶中，在波長632.8 nm，散射角90°，掃描時(shí)間300 s，25 °C下進(jìn)行動(dòng)態(tài)激光光散射(DLS)掃描，獲得光散射強(qiáng)度數(shù)據(jù)并計(jì)算其相應(yīng)的粒子半徑(Rh)及平均粒徑(Dˉ).

2.5 自交聯(lián)度測(cè)定

SCU-FNDs溶液用pH 8.6的硼酸-硼砂緩沖液稀釋至0.06 mmol·L-1后測(cè)定其紫外吸收光譜(UV)，根據(jù)CLA在234 nm處的吸光度(A)與濃度(c，mmol·L-1)之間的紫外吸收標(biāo)準(zhǔn)曲線(A= 25.351c-0.0009，R2= 0.9998)，判斷SCU-FNDs中CLA分子的共軛雙鍵自交聯(lián)度DSC (DSC = (c0-c)/c0，c0為溶液初始濃度(mmol·L-1))。

2.6 FNDs產(chǎn)率測(cè)定

用超純水準(zhǔn)確配制3 mmol·L-1的SCL溶液，取50 mL于100 mL圓底燒瓶中，加入100 μL的APS水溶液(0.22 mol·L-1)，用HCl調(diào)節(jié)至pH 8.6，通氮?dú)?0 min排除氧氣，然后將其置于80 °C的油浴中攪拌下自交聯(lián)10 h得到澄清透明無任何沉淀物的SCU-FNDs溶液。用NaOH溶液調(diào)節(jié)至pH 8.6后用截留分子量3500的透析袋透析6 h，每隔2 h換一次透析液(超純水)，凍干后計(jì)算FNDs產(chǎn)率y(y=w/w0，w為FNDs生成量即透析殘留物量(mg)，w0為生物質(zhì)碳源SCL的投料量(mg))。

2.7 光學(xué)性質(zhì)測(cè)定

(1)光學(xué)吸收性質(zhì)：將不同自交聯(lián)度的SCUFNDs溶液用pH 8.6的硼酸-硼砂緩沖液稀釋至0.06 mmol·L-1，測(cè)定其UV吸收光譜。

(2)熒光發(fā)射性質(zhì)：在選定的激發(fā)波長下(如無特殊說明均為320 nm)測(cè)試各種SCU-FNDs溶液的熒光發(fā)射光譜。

(3)溫度響應(yīng)性：將SCU-FNDs溶液置于不同溫度(25-85 °C范圍內(nèi)每間隔10 °C)下恒溫30 min，測(cè)其熒光發(fā)射光譜，觀察其溫度響應(yīng)性；循環(huán)升/降溫實(shí)驗(yàn)過程同上。

(4)光漂白性：將SCU-FNDs溶液置于激發(fā)波長為320 nm的氙燈下照射60 min，每隔2 min采集一次熒光發(fā)射光譜，選取最大發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度繪制時(shí)間進(jìn)程圖，觀察強(qiáng)化輻照條件下SCUFNDs的光漂白性；同時(shí)將SCU-FNDs溶液置于自然光下30 d，每隔3 d采集一次熒光發(fā)射光譜，選取最大發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度繪制時(shí)間進(jìn)程圖，觀察自然光輻照下SCU-FNDs的長期光漂白性。

(5)耐鹽性：將SCU-FNDs配制成系列NaCl濃度(0.1-1.0 mol·L-1)的溶液，測(cè)定其熒光發(fā)射光譜，選取最大發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度繪制鹽度依賴性圖，觀察SCU-FNDs的耐鹽性。

2.8 SCU-FNDs表面的氯金酸原位還原

在10個(gè)小玻璃瓶中分別加入5 mL的SCUFNDs溶液，避光條件下置于60 °C水浴中恒溫30 min，迅速加入56 μL氯金酸溶液(10 mmol·L-1)并搖晃混勻后立即置于60 °C水浴中分別反應(yīng)不同時(shí)段，反應(yīng)完成后立即轉(zhuǎn)移至冰箱(-18 °C)中冷卻10 min終止反應(yīng)，取出樣品測(cè)定熒光發(fā)射光譜。

3 結(jié)果與討論

3.1 SCU-FNDs的制備與表征

由于紫外輻照聚合引發(fā)劑如異丙基硫雜蒽酮(ITX)等自身具有熒光，會(huì)干擾后續(xù)考察SCU作為FNDs的熒光行為，而熱聚合引發(fā)劑如APS等自身沒有熒光，因此本文采用熱聚合的方式獲得SCU20。圖1和圖2用TEM、DLS和234 nm處的吸光度綜合表征了SCU的自組裝形貌、粒徑分布和自交聯(lián)度。圖1a為SCU的TEM圖，表明其具有中空形貌，符合脂肪酸在其pKa附近易于形成囊泡的特征22,24；圖1b顯示其平均粒徑為17 nm左右；圖1c中通過DLS獲得的統(tǒng)計(jì)粒徑為17.5 nm，與TEM的結(jié)果相吻合，該粒徑適合FNDs的范圍但該法不易得到粒徑小于10 nm的FNDs；根據(jù)圖2中SCU在234 nm處的吸光度計(jì)算得CLA的自交聯(lián)度約為75%，其形貌能耐受電子轟擊和pH變化21,22，因此足以使SCU顆粒穩(wěn)定作為FNDs。圖2插圖中紫外光譜細(xì)節(jié)顯示SCU在270 nm處有少許吸收，與CDs的π-π*躍遷相似26,27，歸因于交聯(lián)后產(chǎn)生了類似苯環(huán)的大π鍵；圖2還顯示在320 nm最佳激發(fā)波長下SCU的最大熒光發(fā)射為400 nm，插圖照片表明其在365 nm紫外燈下呈藍(lán)綠熒光，具有FNDs的熒光性質(zhì)。另外，CLA碳源經(jīng)自組裝-自交聯(lián)策略制備SCU-FNDs的原料利用率很高，反應(yīng)液清澈透明無固廢排放，不僅環(huán)境友好而且透析后FNDs產(chǎn)率仍高達(dá)73.9%。

圖1 CLA的SCU的表征：(a)TEM圖，(b)粒徑分布圖和(c)DLS圖Fig. 1 Characterization of the SCU of CLA by (a)TEM and (b)the resultant size distribution, and (c)DLS.

圖2 CLA的ufasomes和SCU的紫外、熒光激發(fā)(EX)和發(fā)射光譜(EM)(左插圖為紫外光譜局部放大圖，右為SCU在365 nm紫外燈下的照片)Fig. 2 UV absorption, fluorescence excitation (EX)and emission (EM)spectra of the ufasomes and the resultant SCU of CLA (The insets are close-up views of the UV spectra left and a photo of the SCU under 365 nm UV lamp right).

3.2 表面羧基對(duì)SCU-FNDs的熒光特性的影響

研究發(fā)現(xiàn)改變電化學(xué)蝕刻碳纖維的條件可以得到表面含氧量不同的CDs，其熒光特性受表面含氧量影響28；Ding等29通過色譜柱分離出不同發(fā)光特性的CDs，發(fā)現(xiàn)發(fā)光特性同樣受CDs表面的含氧基團(tuán)含量控制。自組裝和自交聯(lián)策略使得該法獲得的碳基FNDs具有明確的分層結(jié)構(gòu)，表面為CLA的羧基所覆蓋，而內(nèi)部由部分聚合的CLA的碳?xì)滏溣行虻宦?lián)狀排列。鑒于SCU-FNDs的內(nèi)外分層結(jié)構(gòu)特性，本文首先特別關(guān)注其富集羧基的特有表面結(jié)構(gòu)對(duì)熒光性質(zhì)的影響。在SCU-FNDs中加入氯金酸，利用羧酸的弱還原性19減少表面羧基含量，觀察其對(duì)熒光強(qiáng)度的影響。圖3a為不同還原時(shí)間下SCU-FNDs的熒光發(fā)射光譜，其最大峰值的時(shí)間進(jìn)程如圖3b所示。可以看出加入氯金酸反應(yīng)5 min后SCU-FNDs熒光強(qiáng)度迅速降低，隨反應(yīng)時(shí)間延長而變緩并趨于穩(wěn)定，這應(yīng)該是還原反應(yīng)減弱并終止所致。該結(jié)果表明SCU-FNDs的表面羧基含量與熒光強(qiáng)度有正相關(guān)性，啟示我們可以進(jìn)一步對(duì)SCU-FNDs進(jìn)行表面元素?fù)诫s改性，以獲得不同熒光強(qiáng)度和熒光發(fā)射波長的改性SCU-FNDs，或探索用于各種金屬離子檢測(cè)和多功能傳感材料12。

圖3 HAuCl4還原SCU-FNDs的熒光發(fā)射光譜(a)及其最大峰值的時(shí)間進(jìn)程圖(b)Fig.3 Fluorescence spectra of the SCU-FNDs after reduction of HAuCl4 (a)and the relevant time course of the maximum fluorescence intensity (b)

3.3 自交聯(lián)程度對(duì)SCU-FNDs的熒光特性的影響

研究發(fā)現(xiàn)某些具有π-共軛結(jié)構(gòu)的分子的聚集行為可以限制分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)(RIR)從而產(chǎn)生聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)現(xiàn)象30；而一些非π-共軛結(jié)構(gòu)的聚合物在溶劑中的聚集體會(huì)產(chǎn)生熒光發(fā)射31,32；還發(fā)現(xiàn)非π-共軛結(jié)構(gòu)的聚合物也可以通過適度交聯(lián)增強(qiáng)PDs的熒光強(qiáng)度33,34；由于缺少相關(guān)數(shù)據(jù)，還未見研究碳骨架結(jié)構(gòu)(如石墨烯或碳納米管或碳黑)及剛性對(duì)CDs熒光特性的影響。

本文由CLA自組裝得到的ufasomes中分子間氫鍵作用和疏水作用均會(huì)增強(qiáng)對(duì)囊泡壁層中CLA分子的限域作用從而導(dǎo)致AIE現(xiàn)象，圖4a中ufasomes在365 nm紫外燈下有藍(lán)色乳光證明了這一點(diǎn)，但不能排除乳濁度對(duì)體系熒光現(xiàn)象的影響。而圖4a中SCU-FNDs在日光下為無色透明狀，在365 nm紫外燈下發(fā)出明亮的藍(lán)光，則歸因于自交聯(lián)過程通過共價(jià)鍵交聯(lián)進(jìn)一步增強(qiáng)限域作用或SCU的剛性，因而產(chǎn)生了類似于CDs的強(qiáng)熒光發(fā)射。為了排除圖4a中乳濁度對(duì)ufasomes體系熒光現(xiàn)象的影響，在CLA可以大量形成ufasomes的pH區(qū)間(8.6 ± 1.0)精細(xì)調(diào)節(jié)pH值并測(cè)定其熒光發(fā)射光譜，由圖4b可見以pH 9.0分界，低于9.0的體系出現(xiàn)一個(gè)尖刺的熒光發(fā)射峰，與插圖上排照片中低于9.0的體系出現(xiàn)乳光相互印證，而下排照片在365 nm紫外燈下均發(fā)出微弱藍(lán)光。因此如圖4c所示，ufasomes有且僅有微弱熒光，其在較低pH值下突增的尖刺狀發(fā)射峰系乳光增強(qiáng)的假象；而SCU體系在兩種pH值下均呈現(xiàn)穩(wěn)定的強(qiáng)熒光發(fā)射，因此認(rèn)為是共價(jià)交聯(lián)增強(qiáng)熒光發(fā)射(CEE效應(yīng))34。

圖4 Ufasomes和SCU-FNDs的熒光性質(zhì)比較：(a)pH 8.6下的光照照片；(b)不同pH下ufasomes的熒光光譜圖(上方插圖為日光下，下方為365 nm紫外燈下的照片)；(c)不同pH下ufasomes和SCU-FNDs的熒光光譜圖Fig. 4 Comparison of fluorescence properties between the ufasomes and the SCU-FNDs: (a)Photos taken under different light resources at pH 8.6; (b)Fluorescence spectra of the ufasomes at different pH (the upper inserted photos in sunlight, and the bottom photos under 365 nm of UV lamp); (c)Comparison of fluorescence spectra of the ufasomes and the SCU-FNDs at different pH.

鑒于SCU-FNDs的內(nèi)外分層結(jié)構(gòu)特性，本文同時(shí)特別關(guān)注ufasomes經(jīng)自交聯(lián)后的有序碳?xì)滏溙赜袃?nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)其熒光強(qiáng)度的影響。圖5a通過加大引發(fā)劑用量增大SCU-FNDs的自交聯(lián)度，圖5b，c發(fā)現(xiàn)熒光強(qiáng)度及最大峰值隨引發(fā)劑用量增大而增大。這應(yīng)該是自交聯(lián)過程借助共價(jià)鍵增多而增強(qiáng)了SCU-FNDs的碳?xì)滏湽羌艿膭傂?，進(jìn)一步限制分子的振動(dòng)弛豫，使得體系的非輻射躍遷減弱且輻射躍遷增強(qiáng)，從而產(chǎn)生了更強(qiáng)的熒光發(fā)射16,34。這一結(jié)果不僅對(duì)進(jìn)一步改善SCU-FNDs類自組裝FNDs的碳?xì)滏湽羌芙Y(jié)構(gòu)，從而改善其熒光特性有指導(dǎo)意義，而且可供探討石墨烯或碳納米管或碳黑等碳骨架剛性對(duì)CDs熒光特性的影響時(shí)參考。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ufasomes結(jié)構(gòu)對(duì)其中CLA分子的限域作用以及SCU借助共價(jià)鍵交聯(lián)提高顆粒剛性均可以使具有碳?xì)滏湽羌艿腟CU-FNDs像普通碳骨架的CDs一樣發(fā)光，這些作用對(duì)CDs熒光強(qiáng)度的影響按下述順序降低：碳骨架＞碳?xì)滏湽矁r(jià)交聯(lián)(CEE效應(yīng))＞＞碳?xì)滏溝抻?AIE效應(yīng))；還表明SCU-FNDs的熒光特性隨其表面羧基含量和自交聯(lián)度的變化而變化。

圖5 pH 8.6下引發(fā)劑量對(duì)SCU-FNDs的DSC及熒光性質(zhì)的影響：(a)紫外圖譜；(b)熒光圖譜；(c)熒光強(qiáng)度與DSC關(guān)系Fig. 5 Influence of the dosages of initiator on DSC and fluorescence properties of the SCU-FNDs: (a)UV spectra;(b)Fluorescence spectra; (c)Relationships between fluorescence intensities and the DSC values.

3.4 SCU-FNDs的溫敏性熒光特性

碳核態(tài)或非摻雜CDs一般不易具備溫敏性熒光特性，然而我們預(yù)期自交聯(lián)雖然使SCU-FNDs具有了一定的剛性，但其內(nèi)部的長碳?xì)滏溔员Ａ袅艘欢ǖ逆溸\(yùn)動(dòng)自由度，溫度升高可能會(huì)加劇鏈運(yùn)動(dòng)使SCU-FNDs的剛性下降，從而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低，并產(chǎn)生與摻雜CDs類似的溫敏性熒光特性12。因此本文將進(jìn)一步探究SCU-FNDs的熒光強(qiáng)度隨溫度變化的響應(yīng)性。在圖6a，b完成的一次25-85 °C間升/降溫循環(huán)中，圖6a表明SCU-FNDs的熒光強(qiáng)度隨升溫而不斷降低至起始值的60.5%，圖6b則顯示了相反的降溫規(guī)律；圖6c表明單次升/降溫循環(huán)中各個(gè)溫度下的最大熒光強(qiáng)度均滿足共同的線性回歸方程：I/I0= -0.00977T+ 1.229 (T：25-85 °C，R2= 0.99)；圖6d顯示25-85 °C間進(jìn)行多次升/降溫循環(huán)獲得的25和85 °C下的最大熒光強(qiáng)度各自基本相同(RSD值較小)。圖6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果共同說明SCUFNDs的熒光強(qiáng)度具有極好的溫敏性以及單次/多次升降溫循環(huán)的重現(xiàn)性，無需像摻雜CDs那樣依賴其它外加元素提供明顯的溫敏性，因此在綠色安全溫敏性碳基FNDs熒光探針方面顯示應(yīng)用潛能。

圖6 SCU-FNDs的溫敏性熒光特性：(a)升溫過程和(b)降溫過程的熒光光譜圖；(c)一次升/降溫循環(huán)中最大熒光強(qiáng)度-溫度的線性回歸；(d)多次升降溫循環(huán)中25和85 °C相應(yīng)的最大熒光強(qiáng)度重現(xiàn)性Fig. 6 Temperature-sensitive fluorescence characteristics of the SCU-FNDs: (a)Heating and (b)cooling fluorescence spectra; (c)Linear regression of the maximum fluorescence intensities and temperatures in one temperature cycle;(d)Reproducibility of the maximum fluorescence intensities respectively corresponding to 25 and 85 °C in multiple temperature cycles.

SCU-FNDs的形成機(jī)制如示意圖1所示，說明本文以小分子生物質(zhì)CLA為碳源，經(jīng)過自組裝和自交聯(lián)策略而非傳統(tǒng)(裂解-脫水-縮聚-碳化)途徑，成功制得了顆粒穩(wěn)定且粒徑均一，具有藍(lán)綠熒光發(fā)射特性的SCU-FNDs；該方法具有不用有機(jī)溶劑、酸堿和氧化劑，無需純化過程以及無固廢物，且FNDs產(chǎn)率高達(dá)70%以上等優(yōu)點(diǎn)；因而使碳基FNDs制備更滿足生物和環(huán)境友好、有序和可控的綠色化學(xué)過程的要求。

示意圖1 自組裝和自交聯(lián)策略從CLA分子構(gòu)筑溫敏性SCU-FNDs的機(jī)理Scheme 1 Mechanism illustration for self-assembly and self-crosslink strategy to fabricate the temperature-sensitive SCU-FNDs from CLA molecules.

3.5 SCU-FNDs的光漂白性和耐鹽性

將SCU-FNDs在激發(fā)波長為320 nm的氙燈下持續(xù)照射，每隔2 min測(cè)定一次熒光發(fā)射光譜，觀察輻照時(shí)長對(duì)其熒光性質(zhì)的影響即光漂白性。圖7a的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熒光強(qiáng)度隨時(shí)長增加先略有降低(小于10%)后趨于平緩，熒光強(qiáng)度并無顯著變化說明SCU-FNDs在強(qiáng)化輻照下具有良好的抗光漂白性；圖7b表明在自然光照30 d周期內(nèi)每隔3 d測(cè)定一次，熒光強(qiáng)度并無顯著變化說明其長期抗光漂白性好。SCU-FNDs具有與文獻(xiàn)報(bào)道的傳統(tǒng)CDs相似的良好抗光漂白性并優(yōu)于傳統(tǒng)染料35，因此可長期保存使用。圖7c中SCU-FNDs溶液的熒光強(qiáng)度在不同氯化鈉濃度下均維持不變，說明SCU-FNDs具有良好的耐鹽性，可在生理鹽水環(huán)境中應(yīng)用。

圖7 SCU-FNDs的熒光穩(wěn)定性：(a)短期(氙燈)和(b)長期(自然光)光漂白性；(c)耐鹽性(a1-c1)為熒光發(fā)射光譜；(a2-c2)為最大熒光強(qiáng)度Fig. 7 Stability of fluorescence properties of the SCU-FNDs for photobleaching under light radiation by(a)xenon lamp (short term)and (b)natural light (long term); (c)NaCl tolerance (a1-c1)is the fluorescence emission spectra; (a2-c2)is the maximum fluorescence intensity.

4 結(jié)論

本文以生物質(zhì)小分子CLA為碳源，利用其表面活性和聚合活性在pH 8.6時(shí)通過自組裝和熱交聯(lián)得到顆粒穩(wěn)定且粒徑均一(17 nm)，具有藍(lán)綠熒光發(fā)射的SCU-FNDs，開發(fā)了一條生物質(zhì)碳源經(jīng)非傳統(tǒng)(裂解-脫水-縮聚-碳化)途徑制備熒光FNDs的新途徑。與其它用生物質(zhì)原料制備CDs的報(bào)道相比，該過程具備以下生物和環(huán)境友好、有序和可控的綠色化學(xué)特征：以常溫水相小分子有序自組裝控制FNDs的粒徑，故條件溫和且低能耗，粒徑可控性強(qiáng)；除加入APS外未引入任何有毒有害的試劑或溶劑，故生物相容性好；以共軛雙鍵自交聯(lián)反應(yīng)為主，不包含裂解、脫水、縮聚或碳化等機(jī)理不明或不可控反應(yīng)，故反應(yīng)可控性和產(chǎn)物可控性強(qiáng)，原料利用率高及FNDs產(chǎn)率高達(dá)73.9%，故有利于大規(guī)模制備；無需分離純化即可應(yīng)用且無固廢物排放，故環(huán)境友好。熒光性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示SCUFNDs的最大激發(fā)波長為320 nm，其熒光強(qiáng)度隨囊泡表面羧酸基團(tuán)減少而減弱，隨自交聯(lián)度增大而增大，表明SCU-FNDs的熒光特性隨其表面羧基含量和自交聯(lián)度變化而變化，因而熒光特性具有可調(diào)性；同時(shí)獨(dú)特的自組裝-自交聯(lián)結(jié)構(gòu)使其熒光強(qiáng)度具有良好的溫度線性響應(yīng)性，符合I/I0= -0.00977T+1.229 (T= 25-85 °C，R2= 0.99)，因而在制備無摻雜的綠色安全碳基FNDs用作溫敏性熒光探針等方面具有應(yīng)用潛力；另外SCU-FNDs具有的中空結(jié)構(gòu)還使其可能兼具熒光探針和藥物傳輸系統(tǒng)(DDS)的雙重功能。