一種氮摻雜熒光碳點的合成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米發(fā)光材料領域，具體涉及一種氮摻雜熒光碳點的合成方法。
【背景技術】
[0002]熒光碳點作為一種新型發(fā)光碳納米材料，粒徑一般小于或者接近激子波爾半徑。與半導體量子點和傳統(tǒng)有機染料相比，具有水溶性好、生物相容性好、熒光強度高且穩(wěn)定性好、抗光漂白和易于生物標記等優(yōu)點，是一種理想的新型熒光標記材料，在細胞成像、生物活體標記、癌癥診斷和光電器件領域具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]目前，熒光碳點的制備方法主要可分為“由上而下”和“由下而上”兩類?！坝缮隙隆狈椒ㄖ饕ㄟ^電弧放電、激光以及電化學等手段直接將碳材料或碳納米管粉碎為納米材料。該類方法往往需要嚴格的實驗條件或特殊的設備，成本高并且產(chǎn)率很低。而“由下而上”方法成本較低且產(chǎn)率高，該方法主要包括直接水熱合成法、微波輔助水熱合成法以及化學合成法等方法，由有機前驅(qū)體合成熒光碳點。
[0004]目前現(xiàn)有的熒光碳點的合成方法存在一些不足之處，如裝置昂貴、操作繁瑣、需要采用強酸強堿等苛刻條件、熒光碳點的產(chǎn)率低、熒光量子產(chǎn)率不高、需要復雜的柱層析分離或凝膠電泳分離過程。一些方法制備的碳納米顆粒需進行表面修飾或進一步的官能團化反應才可以發(fā)光，因此限制了熒光碳點的實際應用前景。現(xiàn)有研宄表明選用含氮元素的碳源以制備氮摻雜的熒光碳點可以提高熒光碳點的熒光量子產(chǎn)率。雖然熒光碳點在制備方面已取得了一定進展，但是為進一步提高熒光碳點的熒光性能，選擇合適碳源和更有效的制備方法，從而制備尚品質(zhì)的焚光碳點意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前熒光碳點制備方法繁瑣、量子產(chǎn)率低和分離提純難等缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種合成氮摻雜熒光碳點的新方法。
[0006]本發(fā)明提供的熒光碳點制備方法，是將L-精氨酸固體完全溶于去離子水中，向L-精氨酸水溶液中加入檸檬酸固體顆粒并攪拌以調(diào)節(jié)溶液pH，制備混合液；將得到的混合液放入聚四氟乙烯水熱反應釜中加熱反應，得到棕黃色溶液，自然冷卻至室溫；然后用透析袋透析所得棕黃色溶液，去除未反應的原料，無需進一步純化，即得到顆粒尺度分布較窄、熒光強度高的熒光碳點溶液。
[0007]具體的，所述L-精氨酸的濃度范圍在0.2-0.5mol/L ;所述根據(jù)所加入檸檬酸量的不同，混合液的pH范圍為5-8 ;所述水熱反應的溫度為180°C ;所述反應時間為3-6小時；所述透析袋截留量為100Da ;所述透析液為去離子水；所述透析時間為12-72小時。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是提供所述方法制備所得的熒光碳點。
[0009]具體的，所述熒光碳點透射電鏡圖片顯示該熒光碳點呈類球形，粒徑范圍為9-10nm且顆粒均一；所述焚光碳點的激發(fā)波長范圍300nm-440nm，優(yōu)選360nm ;所述焚光碳點發(fā)射波長范圍350-550nm，優(yōu)選430_450nm ;所述熒光碳點為氮摻雜熒光碳點，氮元素含量范圍為10.05%-17.94%，碳氮比為211-350: 100 ;所述熒光碳點的熒光量子產(chǎn)率為29.30% -33.25%，優(yōu)選33.25%;所述熒光碳點光穩(wěn)定性強，熒光分光光度計紫外燈連續(xù)照射一小時并掃描圖譜，熒光碳點的熒光強度保持在98%以上；所述熒光碳點耐酸堿性強，調(diào)節(jié)熒光碳點溶液的PH范圍為3-12，熒光碳點溶液的熒光強度基本無變化；所述熒光碳點在NaCl濃度為0-2.0mol/L的鹽離子溶液中，熒光強度基本無變化，表明所述熒光碳點抗鹽能力強；所述熒光碳點水溶液穩(wěn)定性好，室溫放置一個月沒有任何沉淀析出，光強度基本無變化。
[0010]這些結(jié)果說明熒光碳點的穩(wěn)定性很好，這確保了實際應用過程中熒光信號的穩(wěn)定性。
[0011]本發(fā)明的又一個目的是提供所述的碳點在細胞標記或生物分子標記中的應用，或在制備細胞標記物、生物分子標記物中的應用。
[0012]所制備的熒光碳點熒光量子效率高、尺寸均一、水溶性好、熒光性質(zhì)良好，可直接用于腫瘤細胞標記。
[0013]本發(fā)明采用L-精氨酸作為碳源及氮源，檸檬酸作為輔助劑，制備出高熒光量子產(chǎn)率的氮摻雜熒光碳點。本發(fā)明具有工藝簡單、成本低、產(chǎn)率高、重復性好、環(huán)境友好等特點，并已被成功應用于人乳腺癌細胞的標記。本發(fā)明的熒光碳點表面含有羧基、氨基等官能團，可更廣泛地應用于化學、生物和材料科學等領域。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1制備得到的熒光碳點在日光㈧和365nm紫外光⑶照射下的對比圖。
[0015]圖2為實施例1制備得到的熒光碳點的紫外-可見光吸收光譜圖。
[0016]圖3為實施例1制備得到的熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射圖譜。
[0017]圖4為實施例1制備得到的熒光碳點對人乳腺癌細胞株MDA-MB-231的標記情況。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明是以去離子水作為溶劑，以L-精氨酸作為碳源和氮源，檸檬酸作為輔助劑，無需其他酸或堿催化，通過水熱合成法一步制備得到一種高量子產(chǎn)率的氮摻雜熒光碳點。
[0019]以下通過實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。
[0020]實施例1
[0021]室溫稱取1.3g L-精氨酸固體粉末置于50mL圓底燒瓶中，加入30mL去離子水并攪拌至固體粉末溶解完全，再加入稱取的0.2g檸檬酸，緩慢攪拌混合溶液，此時混合溶液的pH約為7.0 ;將混合溶液置于聚四氟乙烯水熱反應釜中，180°C反應3h得到棕黃色溶液；將所得棕黃色溶液使用截留分子量為100Da的透析袋透析48h，透析過程中要定期更換去離子水，除去未反應的檸檬酸和L-精氨酸，即可得到顆粒分布較窄的熒光碳點溶液。
[0022]透射電鏡表明所得熒光碳點粒徑范圍為9-10nm，以硫酸奎寧作為參照標準(0.lmol/L H2SO4, 22°C，量子產(chǎn)率為58% )，測得所得熒光碳點的熒光量子產(chǎn)率為33.25%。
[0023]實施例2
[0024]室溫稱取1.3gL-精氨酸固體粉末置于50mL圓底燒瓶中，加入30mL去離子水并攪拌至固體粉末溶解完全，再加入稱取的0.2g檸檬酸，緩慢攪拌混合溶液，此時混合溶液的PH約為7.0 ;將混合溶液置于聚四氟乙烯水熱反應釜中，180°C反應6h得到棕黃色溶液；將所得棕黃色溶液使用截留分子量為100Da的透析袋透析48h，透析過程中要不間斷的更換去離子水，除去未反應的檸檬酸和L-精氨酸，即可得到顆粒分布較窄的熒光碳點溶液。
[0025]透射電鏡表明所得熒光碳點粒徑范圍為9-10nm，采用硫酸奎寧作為參照標準(0.lmol/L H2SO4, 22°C，量子產(chǎn)率為58% )，測得所得熒光碳點的熒光量子產(chǎn)率為31.98%。
[0026]實施例3
[0027]將人乳腺癌細胞以IX 15個/mL的密度培養(yǎng)于激光共聚焦專用小皿中，培養(yǎng)24h后將培養(yǎng)基換為含有0.2mg/mL熒光碳點的新鮮培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)20h，在激光共聚焦顯微鏡下觀察并記錄碳點對細胞的標記情況，結(jié)果見圖4。圖片為激光共聚焦顯微鏡下熒光碳點標記后的細胞照片，圖4表明405nm的紫外光激發(fā)下，熒光碳點標記的細胞發(fā)出藍色熒光。該實驗表明，制備的熒光碳點在細胞內(nèi)發(fā)出藍色熒光，并成功對人乳腺癌細胞進行了標記。
[0028]對比例I
[0029]中國專利(CN 101430283 A)公開制備的熒光碳點，所得熒光碳點的熒光量子產(chǎn)率為 5.5% -7.
【主權項】
1.一種氮摻雜熒光碳點的合成方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將L-精氨酸固體完全溶于去離子水中，向L-精氨酸水溶液中加入檸檬酸顆粒并攪拌，所得混合液PH范圍為5-8 ; (2)將所述步驟(I)得到的混合液放入聚四氟乙烯水熱反應釜中加熱反應，得到棕黃色溶液； (3)開啟反應釜，并開啟聚四氟乙烯容器，將步驟(2)中反應得到的棕黃色溶液，自然冷卻至室溫； (4)用透析袋透析步驟(3)所得的棕黃色溶液，去除未反應的原料，無需進一步純化，即得到顆粒尺度分布較窄的熒光碳點溶液。
2.根據(jù)權利要求1所述的合成氮摻雜熒光碳點的方法，其特征在于:L-精氨酸的濃度在 0.2-0.5mol/Lo
3.根據(jù)權利要求1所述的合成氮摻雜熒光碳點的方法，其特征在于:根據(jù)所加入檸檬酸量的不同，混合液的PH范圍為5-8。
4.根據(jù)權利要求1所述的合成氮摻雜熒光碳點的方法，其特征在于:水熱反應的溫度為180°C，反應時間為3-6小時。
5.根據(jù)權利要求1所述的合成氮摻雜熒光碳點的方法，其特征在于:透析袋截留量為lOOODa，透析液為去離子水，透析時間為12-72小時。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米發(fā)光材料領域，涉及一種氮摻雜熒光碳點的合成方法。該方法以L-精氨酸作為碳源和氮源，檸檬酸為輔助劑，采用水熱合成法一步合成。該方法是將L-精氨酸溶于去離子水中，以檸檬酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，然后將混合液置于聚四氟乙烯水熱反應釜中加熱反應，得到棕黃色熒光碳點溶液，最后將反應所得熒光碳點溶液放入透析袋中透析，除去未反應的原料，即得到顆粒尺度分布較窄的熒光碳點溶液。本申請合成方法具有操作簡單、原料成本低、無需加入強酸強堿等催化劑、無輻射影響、環(huán)境友好等優(yōu)點，所得熒光碳點熒光量子產(chǎn)率高、無細胞毒性，并已被成功應用于細胞熒光標記。
【IPC分類】C01B31-02, C09K11-65, B82Y30-00
【公開號】CN104528692
【申請?zhí)枴緾N201510053231
【發(fā)明人】顧月清, 王茜, 黃珊珊, 張聰穎, 周秋梅
【申請人】中國藥科大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月28日