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摘 要

石墨烯量子点是一种新型荧光材料，具备极强的量子限制效应和边缘效应，并表现出极好的光学性能和生物相容性，在荧光传感领域具有极好的发展潜景。

本实验的机理是基于石墨烯量子点构建一种新型的“off-on”荧光传感策略，巧妙地将石墨烯量子点（GQDs）、汞离子与脂肪酶三者结合起来。利用猝灭剂汞离子猝灭石墨烯量子点的荧光，再加入脂肪酶及底物巯基乙酸甲酯能够使被猝灭的石墨烯量子点的荧光恢复，荧光恢复强度与酶的浓度有良好的线性关系，依此构建一种简便、廉价、高灵敏度、高选择性的脂肪酶活探针。

关键词：脂肪酶活；石墨烯量子点；汞离子；“off-on”传感

Abstract

The graphene quantum dots are a novel fluorescent material with strong quantum confinement effect and edge effect, and exhibit excellent optical properties and biocompatibility, and have excellent development potential in the field of fluorescence sensing.

The mechanism of this experiment is based on the graphene quantum dots to construct a new "off-on" fluorescent probe sensing strategy, cleverly combines graphene quantum dots (GQDs), mercury ions and lipase. Fluorescence of the quantum dots of the graphene quantum dots can be recovered by quenching the fluorescence of the graphene quantum dots with the quencher mercury ions, and then adding the lipase and the substrate methyl mercaptoacetate can restore the fluorescence recovery intensity and the enzyme concentration Linear relationship, thus building a simple, cheap, high sensitivity, high selectivity of the lipase activity probe.

Keywords: Lipase to live; graphene quantum dots; Mercury ion；"off - on" sensor

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 石墨烯量子点概述 1

1.2石墨烯量子点的制备 2

1.3 石墨烯量子点的性质 4

1.3.1 紫外吸收、光致发光和电致化学发光 4

1.3.2 细胞毒性 4

1.3.3 催化活性 5

1.4 石墨烯量子点的应用 5

1.4.1 生物成像及传感领域 5

1.4.2 光电领域 6

1.5 脂肪酶概述 6

1.6 脂肪酶的来源 6

1.7脂肪酶的应用 7

1.7.1 在医学卫生的应用 7

1.7.2 在食品工业中的应用 7

1.7.3 在新材料和洗涤剂中的应用 7

1.8 脂肪酶的活性检测 8

第二章 实验部分 9

2.1 前言 9

2.2 实验仪器和药品 10

2.2.1 实验仪器 10

2.2.2 实验药品 10

2.2.3 溶液的配制 11

2.2.4 石墨烯量子点的合成 11

2.2.5 构建传感探针并测酶活 12

2.2.6 传感探针检测商品脂肪酶 13

2.2.7 恒定电位法测酶活验证探针传感策略的可靠性 13

第三章 实验的结果和讨论 14

3.1 探针传感策略的验证 14

3.2 荧光探针传感条件的优化 15

3.3 酶活动力曲线 19

3.4 脂肪酶浓度曲线及定量检测 19

3.5 商品酶的检测及验证 20

第四章 结论 21

参考文献 23

致谢 27

第一章 文献综述

碳是地球上所有有机生物体的最重要的元素，也是人类最早利用的元素。它以单质或化合物广泛存在于地球乃至宇宙中，在宇宙进化中起着重要作用。目前已经发现的碳的同素异形体非常之多，比如金刚石等。碳原子之间的杂化方式有sp、sp²和sp³三种。不同的杂化方式形成了不同的碳材料。

石墨烯（Graphene）是一种具备特殊结构的新型碳材料，它的C-C键以sp²轨道杂化，它是目前最薄的二维材料，厚度约为0.335 nm，且键长只有0.142 nm,但是碳原子间链接的韧性很好，结构十分稳固,是目前最好的力学材料之一^[1]。石墨烯可以说是所有碳材料组成的最基本的单元，零维量子点、一维碳纳米管到三维的石墨、金刚石^[2]。石墨烯殊为不凡的结构注定了它具有非同一般的的性能，在目前已知材料中它拥有最高的载流子迁移率，以及超强的机械强度，同时因为它是由碳元素组成的，所以它对环境是十分友好的^[3]等。石墨烯还具有室温下的铁磁性和巨磁效应^[4]和量子霍尔效应^[5]。因为这些殊为不凡的性能，石墨烯已在新材料、能源储存、电化学和生物医学等诸多领域引起研究热潮。

1.1 石墨烯量子点概述

石墨烯量子点（graphene quantum dots,GQDs）作为碳量子点的一种，它的粒径通常情况下都不会大于10 nm，显现出了量子点家族里特有的的量子限域效应和边界效应^[6]，不仅秉承了石墨烯材料极为优异的理化性能，还具备了量子点殊为出色的光学性能，而且作为近几年来备受关注的性能特异的新型量子点，GQDs还同时具备了半导体量子点无法相比的优点，如生物相容性、不活泼的化学特性和较为稳定的光致发光特性^[7]等。GQDs还拥有非常独特的荧光特性，并且可以利用这些特点把GQDs作为荧光探针运用在生物大分子的标记与检测的分析中。量子点具有荧光，在和生物分子之间作用会产生非常明显的变化，基于这些特别的变化是量子点作为荧光标记检测探针生物分子的基础。正是具备了这些优点，使得GQDs在生物成像、光电器件、化学传感电子材料和环境检测等领域展现出了广阔的前景^[8]。

1.2石墨烯量子点的制备

据所查文献来看，GQDs制备的方法（无论是工业上还是实验室里）有两类，一类是最为常用的自上而下法（top-down），它是通过化学或者物理的方式由具备大尺寸的石墨烯结构的碳材料中切割转化得到GQDs的，包括水热法、电化学法、微波辅助法等^[9]。根据现有的文献报道来看，该类方法的在工业上的制备过程大都较为简单，而且产率也相对较高，是目前的各种方法中合成GQDs用最为常用的的一大种方法。而第二类则是较为少用的自下而上法（bottom-up），它是以有机小分子为前驱物并通过一系列化学反应制得GQDs^[10], 包括溶液化学法、微波法等。

（1）top-down 水热法

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