1. 研究目的与意义（文献综述）

碳元素广泛地存在于地球上，其独特的性质和多种多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现、认识和利用。常见的碳的自然形式有金刚石、炭和石墨。近年来，纳米材料和纳米技术的发展及其在生命科学中的应用研究越来越广泛，其中包括低维纳米材料的研究，而由碳原子构成的单层片状结构的材料石墨烯，就是一种二维材料，由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，2004年，Geim团队首次从石墨中剥离出石墨烯(Graphene)。此后，石墨烯以其独特的热学性能、力学性能、电学性能和光学性能迅速成为生物、传感、催化等诸多领域研究者们争相研究的热点。但在光电性能方面，由于石墨烯是零带隙物质，很难观察到发光现象，故通过改变尺寸，将石墨烯的能带隙从OeV调整到苯带隙，从而得到一种新兴纳米材料石墨烯量子点。

石墨烯量子点（GQDs），即小的石墨烯碎片，尺寸100 nm以下，一种准零维材料。它不仅继承了石墨烯的优异性能，而且由于显著地量子限域和边缘效应，具备了更大的比表面积、更高的电子迁移率和更大的机械强度。除此之外，石墨烯量子点还具有优异的光致发光性能、良好的化学惰性、生物相容性和较低的生物毒性，可以取代传统的半导体量子点，在生物医学、细胞成像、药物输送、光学器件等领域的得到应用。

本课题主要进行石墨烯量子点的制备及改性，并利用石墨烯量子点及其相关衍生物的荧光特性，研究其在DNA琼脂糖电泳中的应用。其中需要用到PCR技术扩增DNA分子。其主要的原理就是针对生物体外的特定DNA分子链进行高效扩增，将微量的DNA大幅增加。就是通过人为控制体外合成系统的温度，使双链DNA变成单链 DNA，单链 DNA与人工合成的引物配对，形成部分双链，在DNA聚合酶的催化下使引物沿着单链模板延伸为双链 DNA。扩增结束后，用琼脂糖凝胶电泳进行分离、纯化、鉴定DNA片段，此鉴定方法的特点为渐变、快速。由于在一定的碱性缓冲液中，线性双链DNA分子带有净负电荷，在电场力的作用下，DNA会穿过琼脂糖凝胶形成的孔隙从负极向正极移动；移动的过程中，又会受到凝胶分子的摩擦阻力；在特定电压下，DNA在浓度一定的琼脂糖凝胶中的迁移速率与DNA分子质量成反比，分子越大则所受阻力越大，也越难于在凝胶孔隙中蠕行，因而迁移的越慢。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备及表征：根据文献方法，制备石墨烯量子点及其相关衍生物，利用afm、tem、拉曼等技术进行表征。其中制备方法主要分为两大类:自上而下和自下而上。自上而下的方法:在极端条件下，采用石墨烯材料通过物理或者化学的手段将其分解或剥离得到小尺寸的gqds，如化学刻蚀、电化学氧化剥离等，通常这种方法都需要多个步骤，并且使用浓酸，强氧化剂或者高温高压。自下而上的方法，主要涉及从多环芳香族化合物或其他芳香分子结构(如富勒烯)合成gqds。这种方法虽然复杂，但是能够对最终的产品性能进行良好的控制。

材料的应用研究：利用石墨烯量子点的荧光效应以及石墨烯与dna分子间的相互作用，研究石墨烯量子点在pcr技术以及dna琼脂糖凝胶电泳中的影响和应用。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1-4周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需要的原料、仪器和设备；确定技术方案，完成开题报告。

第5-8周：按照设计的技术方案，完成石墨烯量子点的合成、表征。

第9-12周：采用pcr、琼脂糖凝胶电泳等技术，研究石墨烯量子点在pcr技术中的应用。

第13-16周：整理实验结果，完成毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张晓蕾、杨小弟.石墨烯量子点在生物传感和成像技术中的应用[j].化工时刊,2014,28,38-39.

[2] sukanta nandi, shanmukh naidu majji and abha misra.effects of optical and magnetic fields on the electrical characteristics of colloidal graphene quantum dots. rsc advances.2016,4,40577-40583.

[3] 曲丹.掺杂型石墨烯量子点的制备及其应用研究[d].北京:北京工业大学,2017.

[4] li ll, wu gh, yang gh, et al. focusing on luminscent graphene quantum dots: current status and future perspectives. nanoscale 2013, 5, 4015-4039.