Details

Предмет исследования. Люминесцентные углеродные наночастицы (углеродные точки), полученные из лимонной кислоты, формамида и различных хиральных молекул. Цель работы. Установление влияния хиральных молекул, используемых в синтезе углеродных точек, на оптические переходы в длинноволновой области спектра и формирование сигнала кругового дихроизма наночастиц. Метод. Образцы углеродных точек были получены двумя способами: (i) одностадийным сольвотермальным синтезом из лимонной кислоты, формамида и различных хиральных молекул, (ii) двухстадийным методом, включающим в себя сольвотермальный синтез ахиральных углеродных точек из лимонной кислоты и формамида с последующей обработкой поверхности наночастиц L-цистеином. Для исследования химического строения и оптических свойств углеродных точек были использованы методы абсорбционной и люминесцентной спектроскопии. Методом спектроскопии кругового дихроизма были исследованы хироптические свойства полученных образцов. Основные результаты. При добавлении различных хиральных молекул к смеси прекурсоров, используемых в одностадийном синтезе, удалось получить углеродные точки с различным химическим составом, в частности, с отличающимися поверхностными группами и разными типами центров излучения в спектральной области 350-700 нм. Показано, что использование L-фенилглицина и L-триптофана в процессе одностадийного синтеза приводит к формированию наночастиц с оптическими переходами, как в коротковолновой, так и в длинноволновой области спектра. Установлено, что добавление в ходе одностадийного синтеза L-глутатиона обуславливает формирование углеродных наночастиц с коротковолновым излучением, а использование L-цистеина практически не вызывает изменений в спектре излучения по сравнению с ахиральными углеродными точками, полученными из лимонной кислоты и формамида. Показано, что оптические свойства хиральных углеродных точек, полученных двухстадийным методом синтеза с использованием L-цистеина, не изменились по сравнению с исходными ахиральными углеродными точками, синтезированными из лимонной кислоты и формамида. При этом в спектрах кругового дихроизма образцов углеродных точек наблюдается сигнал в коротковолновой спектральной области с пиком около 250 нм, обусловленный производными используемых хиральных прекурсоров, прикреплённых к поверхности наночастиц, вне зависимости от способа их получения. Практическая значимость. Хиральные углеродные точки перспективны для использования в биомедицине в качестве сенсоров, люминесцентных биомаркеров и проч., поскольку являются биосовместимыми и нетоксичными. Полученные в работе результаты лягут в основу дальнейших исследований по разработке хиральных углеродных наночастиц с длинноволновой люминесценцией.

Subject of study. Luminescent carbon nanoparticles (carbon dots), based on citric acid, formamide and various chiral molecules. Aim of study. Establishing the influence of chiral molecules used in the synthesis of carbon dots on optical transitions in the long-wavelength spectral region and the formation of the circular dichroism signal of nanoparticles. Method. The carbon dot samples were synthesized by two methods: (i) a one-step solvothermal synthesis of carbon dots from citric acid, formamide and various chiral molecules, (ii) a two-step method involving the solvothermal synthesis of achiral carbon dots from citric acid and formamide with subsequent surface treatment with L-cysteine. Absorption and luminescence spectroscopy methods were used to study the chemical structure and optical properties of carbon dots. The chiroptical properties of the obtained samples were studied using circular dichroism spectroscopy. Main results. By adding various chiral molecules to a mixture of precursors used in a one-step synthesis, it was possible to fabricate carbon dots with different chemical compositions, in particular, with different surface groups and different types of emission centers in the spectral region of 350-700 nm. It has been shown that in the process of onestep synthesis, the use of L-phenylglycine and L-tryptophan leads to the formation of nanoparticles with optical transitions in both short- and long-wavelength regions of the spectrum. It has been established that the addition of L-glutathione during the one-step synthesis causes the formation of carbon dots with short-wavelength emission, whereas the addition of L-cysteine causes no changes in the emission of citric acid and formamide-based achiral carbon dots. It has been shown that the optical properties of chiral carbon dots obtained by a two-step synthesis method using L-cysteine did not change compared to the achiral carbon dots synthesized from citric acid and formamide. In the circular dichroism spectra of all samples, a signal at around 250 nm was observed due to derivatives of the used chiral precursors, attached to the surface of nanoparticles, regardless of the method of their preparation. Practical significance. Chiral carbon dots are promising in biomedicine as sensors, luminescent biomarkers, etc., because they are biocompatible and non-toxic. The results obtained in this work will serve as the basis for the further fabrication and investigation of chiral carbon nanoparticles with long-wavelength luminescence.