本發(fā)明屬于熒光納米材料的合成領(lǐng)域，基于氧化鈣放熱反應(yīng)，以還原糖作為碳源進(jìn)行熒光碳納米粒子的制備，采用該方法制得的熒光碳納米粒子量子產(chǎn)率高、熒光性能穩(wěn)定、親水性好、細(xì)胞毒性小、對ph敏感，作為新型的熒光探針具有廣闊的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

糖類，又稱碳水化合物，是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱，廣泛分布于自然界中。人類日常食用的蔗糖、植物體內(nèi)的纖維素、血液中的葡萄糖等均屬糖類，在人體生命活動中起著至關(guān)重要的作用，也是一切生命體維持生命活動所需能量的主要來源。根據(jù)糖類是否具有還原性，可將其分為還原糖和非還原糖。還原糖，即在結(jié)構(gòu)中含有游離醛基或酮基的單糖和含有游離醛基的二糖，能與斐林試劑和班氏試劑在水浴加熱的條件下反應(yīng)生成氧化亞銅磚紅色沉淀，試劑本身被還原，而不能與上述兩種試劑反應(yīng)的則為非還原糖。在自然界眾多的糖類中，還原糖主要包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖等，其中，單糖的還原能力一般基于其自身帶有的醛基，而多糖則基于半縮醛羥基，因此大部分單糖及雙糖都具有還原性。

近年來，隨著熒光納米技術(shù)的快速發(fā)展，碳納米材料逐步成為納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，吸引了國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的注意。碳納米粒子(carbonnanoparticles)是一種新型的粒徑小于10nm的準(zhǔn)球形碳納米材料，其最突出的特點(diǎn)是熒光性能穩(wěn)定，并且具有化學(xué)惰性、親水性、生物兼容性、低細(xì)胞毒性、抗光漂白、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，既克服了有機(jī)染料發(fā)光不穩(wěn)定、易光漂白的缺點(diǎn)，又克服了半導(dǎo)體量子點(diǎn)高毒、難以應(yīng)用于生物體內(nèi)的不足。因此，自其發(fā)現(xiàn)以來就受到了各研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，在生物成像、熒光傳感、分析檢測、有機(jī)光伏、發(fā)光二極管和催化等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值。熒光碳納米粒子的核是由sp²雜化的納米晶碳或無定形碳組成，具有極好的石墨結(jié)晶結(jié)構(gòu)，此外，其在紫外區(qū)具有強(qiáng)的光學(xué)吸收，吸收區(qū)域一直可以延伸到可見光區(qū)，并且發(fā)光穩(wěn)定，具有尺寸、激發(fā)波長和ph依賴性，存在上轉(zhuǎn)換發(fā)光、電化學(xué)發(fā)光性能，其熒光性能可有效應(yīng)用于藥物分析和環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，以及進(jìn)行痕量分析物的含量測定。再者，碳納米粒子與半導(dǎo)體量子點(diǎn)相比，不含重金屬元素，因此對生物體不具有高毒性，對細(xì)胞幾乎不產(chǎn)生毒害作用，且因生物相容性好，加之獨(dú)特的發(fā)光性能，在生物體內(nèi)應(yīng)用時具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

碳納米粒子的合成方法眾多，通常分為物理法和化學(xué)法，也可分為自上而下法和自下而上法。物理法主要包括電弧放電、激光刻蝕等，化學(xué)法包括電化學(xué)氧化、化學(xué)氧化、水熱法、熱解法、微波法、超聲法、燃燒法及溶液化學(xué)法等。然而傳統(tǒng)方法常常需要外部提供熱量或電壓、使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿或有機(jī)試劑、產(chǎn)生污染環(huán)境的廢氣或廢液，需要使用尖端儀器，操作繁瑣耗時，制備成本高。此外，為了提高熒光碳納米粒子的熒光性能，常常采用加入鈍化劑或修飾劑來增加表面發(fā)光基團(tuán)，不利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

因此，本專利提出基于氧化鈣放熱反應(yīng)綠色合成熒光碳納米粒子的方法，以還原糖為碳源，并對制備出的熒光碳納米粒子的性能進(jìn)行考察。不僅避免了量子點(diǎn)的生物毒性，而且得到的熒光碳納米粒子具有ph、溫度雙敏感性，有利于在生物細(xì)胞中成像和測定細(xì)胞ph、溫度的應(yīng)用。此外，該方法避免使用有機(jī)溶劑和鈍化劑對碳納米粒子進(jìn)行表面修飾，既簡化了操作步驟，又不會對環(huán)境造成污染，制備出的碳點(diǎn)量子產(chǎn)率高，熒光性能穩(wěn)定，親水性高，無細(xì)胞毒性，有望直接應(yīng)用于生物成像及細(xì)胞內(nèi)ph、溫度測定等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：

本發(fā)明針對傳統(tǒng)熒光碳納米粒子制備方法的缺陷，例如合成過程中耗時、耗能、環(huán)保程度低、儀器要求高等，提出基于氧化鈣放熱反應(yīng)以綠色無毒的還原糖為碳源制備性能優(yōu)異的碳納米粒子的新型制備技術(shù)，操作流程簡單，無需外部供能，不需使用有機(jī)溶劑，最后制備出熒光性能穩(wěn)定，親水性好，無細(xì)胞毒性，具有ph、溫度雙敏感性的熒光碳納米粒子。

技術(shù)方案：

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

1、本發(fā)明合成親水性熒光碳納米粒子是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體包括：

a、還原糖溶液的配制：將適量的還原糖加入到去離子水中，均勻攪拌后超聲一定時間，使之形成均一透明的還原糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取適量的氧化鈣置于圓底燒瓶中，通過油浴控制反應(yīng)過程的溫度，再加入適量步驟a中制備的還原糖溶液，密封使之反應(yīng)一定時間后，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心，取上層清液經(jīng)濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中干燥得到固體粉末，低溫避光保存，得到熒光碳納米粒子。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化鈣放熱反應(yīng)制備熒光碳納米粒子的方法，其特征在于：所述步驟a中，用于配制溶液的還原糖包括葡萄糖、果糖、麥芽糖、乳糖、半乳糖等，還原糖溶液的濃度控制在0.03～0.6g/ml，超聲時間為5～60min。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化鈣放熱反應(yīng)制備熒光碳納米粒子的方法，其特征在于：所述步驟b中，氧化鈣的量為0.01～0.8g，反應(yīng)溫度控制在0～200℃，反應(yīng)時間為1～20min。

4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化鈣放熱反應(yīng)制備熒光碳納米粒子的方法，其特征在于：所述步驟c中，離心轉(zhuǎn)速為4000～13000rpm，離心時間為2～40min，濾膜孔徑為0.20～0.45μm，真空冷凍干燥的溫度控制在-10～-60℃，時間為24～48h，干燥成固體粉末有利于保存與后續(xù)應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于氧化鈣放熱反應(yīng)制備的熒光碳納米粒子的合成路線示意圖。

圖2是本發(fā)明制備的熒光碳納米粒子的紫外吸收光譜圖和熒光發(fā)射光譜圖(激發(fā)波長分別為430nm，420nm，410nm，400nm，390nm，380nm，370nm)。

圖3是本發(fā)明中還原糖和制得的熒光碳納米粒子的紅外吸收光譜圖。

具體實(shí)施方案

一、制備實(shí)例

以下實(shí)施例為本發(fā)明的一些舉例，不應(yīng)被看做是對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

a、葡萄糖溶液的配制：將0.1g的葡萄糖加入1ml去離子水中，均勻攪拌后超聲10min，使之形成均一透明的葡萄糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.05g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至100℃，再加入1ml步驟a中制備的葡萄糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速13000rpm，時間20min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-60℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例2

a、葡萄糖溶液的配制：將0.1g的葡萄糖加入2ml去離子水中，均勻攪拌后超聲10min，使之形成均一透明的葡萄糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.1g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至200℃，再加入2ml步驟a中制備的葡萄糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速9000rpm，時間30min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-60℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例3

a、麥芽糖溶液的配制：將0.2g的麥芽糖加入2ml去離子水中，均勻攪拌后超聲15min，使之形成均一透明的麥芽糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.1g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至50℃，再加入2ml步驟a中制備的麥芽糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速13000rpm，時間30min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-40℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例4

a、麥芽糖溶液的配制：將0.2g的麥芽糖加入4ml去離子水中，均勻攪拌后超聲20min，使之形成均一透明的麥芽糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.05g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至100℃，再加入4ml步驟a中制備的麥芽糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速13000rpm，時間10min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-60℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例5

a、乳糖溶液的配制：將0.4g的乳糖加入2ml去離子水中，均勻攪拌后超聲20min，使之形成均一透明的乳糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.2g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至 50℃，再加入2ml步驟a中制備的乳糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速6000rpm，時間30min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-60℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例6

a、乳糖溶液的配制：將0.3g的乳糖加入5ml去離子水中，均勻攪拌后超聲10min，使之形成均一透明的乳糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.2g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至200℃，再加入5ml步驟a中制備的乳糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)10min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速10000rpm，時間30min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-60℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例7

a、半乳糖溶液的配制：將0.1g的半乳糖加入3ml去離子水中，均勻攪拌后超聲15min，使之形成均一透明的半乳糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.4g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至150℃，再加入3ml步驟a中制備的半乳糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速13000rpm，時間20min)，取上層清液經(jīng)0.45μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-40℃干燥48h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。

實(shí)施例8

a、半乳糖溶液的配制：將0.6g的半乳糖加入3ml去離子水中，均勻攪拌后超聲15min，使之形成均一透明的半乳糖溶液。

b、熒光碳納米粒子的制備：稱取0.6g的氧化鈣于50ml圓底燒瓶中，放入油浴鍋中加熱至200℃，再加入3ml步驟a中制備的半乳糖溶液，密封使之持續(xù)反應(yīng)5min，溶液由無色變?yōu)辄S色，冷卻至室溫，得到熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物。

c、熒光碳納米粒子的純化：將步驟b得到的熒光碳納米粒子粗產(chǎn)物進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速9000rpm，時間20min)，取上層清液經(jīng)0.22μm濾膜過濾，從而除去雜質(zhì)，濾出液于真空冷凍干燥箱中-60℃干燥24h得到固體粉末，低溫避光貯存，密封，得到熒光碳納米粒子。