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- 摘要
近年来，碳材料由于具有环境友好、来源广泛等优点，受到了广泛关注。碳纳米点(CDs)具有光学稳定性好、低毒性[1]及合成方法简单等特点[2]，在生物标记、光催化、传感和生物医学[3,4]等众多领域中得到应用。通常自下而上方法制备CDs的原料是具有多官能团的小分子，活性结构极有可能保留在碳点表面，从而使碳点具备原料分子某些特性即记忆效应。
聚赖氨酸是一种天然的抗菌聚合物，以其为原料制备碳点，以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌为待测微生物，通过保留抗菌基团制得具有抗菌功能的碳量子点。本项目在前期工作的基础上，以含抗菌基团的聚赖氨酸为前驱体，制备具有抗菌功能的聚合物碳量子点，使用FTIR对CDs结构、性能进行表征，探究不同温度下其水溶性和荧光性，构建可行的功能化碳点的制备策略。然后将该碳点用于抗菌和传感分析，探索其抗菌应用。
- 引言
细菌感染会导致人类严重的健康问题，甚至是死亡。许多细菌会附着在有活性或无活性的固体表面上，从而形成“生物膜”，这些群落嵌在细胞外聚合物基质中，使得菌落聚集，诱导了比非附着细菌对抗生素更高的耐药性。80% 以上的细菌感染与细菌生物膜的形成有关。此外，细菌群落对抗生素的渗透性更加顽固，从而导致细菌耐药性增加10-1000倍。更糟糕的是，对多种抗菌药物具有内在耐药性的细菌菌株数量仍在增加。另外，由于生物膜的物理非均匀性和复杂的生物膜结构，生物膜相关病变区的成像也是一个挑战。开发新的热溶性药物以对抗生物膜相关感染，克服常用抗生素相关疗法杀灭生物膜内细菌的缺点是十分必要的[5]。
碳量子点是小尺寸的碳纳米材料(通常小于10nm) ，具有不同的钝化表面，与半导体量子点相似的光学性质和光催化性能[6]。许多CQD表现出良好的水分散性，出色的荧光特性，极好的光稳定性和低细胞毒性。CQD的这些卓越特性使其可以广泛用于传感和生物医学应用，包括荧光传感，细胞成像，靶向药物输送和抗菌药物。CQD的抗菌作用主要是由于ROS的产生和/或细菌膜的破坏。此外，用特定分子功能化的CQD可以特异性地靶向细菌细胞，从而提高抗菌效率。
然而,CQDs 仍然面临一些急需解决的问题,这些问题的解决有利于扩展 CQDs 的应用潜力。首先,关于荧光双发射或多荧光发射的 CQDs 的报道很少,无法实现 CQDs 的发光可调性;其次,目前大多数已报道的 CQDs 在红光波段的发射很少,这在一定程度上限制了CQDs 在活体生物细胞中的应用;最后,CQDs 的发光机理仍然是一个开放性话题,没有足够的实验证据来给出一个明确的定义。研究发现,将杂原子掺杂到 CQDs 中是解决当前问题的重要手段。[7]
ε-聚赖氨酸是一种L-赖氨酸均聚物，主要由链霉菌属和一些丝状真菌分泌产生，具有广谱抗菌活性和抗噬菌体活性。由于ε-聚赖氨酸具备易被生物降解、可食用、对人体和环境无毒无害等特点而广泛应用于食品和医药行业[8]。
- 碳点的制备
功能化碳点的原位合成是最具优势和前景的一种制备方法，该途径不仅简便易推广，而且便于多功能整合。然而，虽然有很多的报道采用了原位合成的方式制掺杂的碳点[9]，以提高其荧光性能，但是针对碳点是否在缩合过程中保留了原料的功能性结构依然很少探讨，因此通过原位可控的合成方法制备功能化碳点的研究仍处于初始阶段。
3.1自下而上法
自下而上法制备碳点是利用高温、高压和高能量聚集的条件下，将分子结构转变的方法。这种方法对碳源的要求较低，碳源的选择种类丰富，如柠檬酸、乙二胺、蔗糖、中药等材料都可以作为碳源的原材料。
