專利名稱：氨基碳量子點的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學及納米材料科學領域，尤其是一種氨基碳量子點的制備方法及其應用。
背景技術：
量子點(Quantum Dots，QDs)，通常是指半徑小于或接近激光波爾半徑的半導體納米晶體，是具有獨特的光特性和電特性的納米尺寸粒子。作為一種納米熒光材料，與傳統(tǒng)的有機染料分子相比具有光化學穩(wěn)定性強，激發(fā)光譜寬，且連續(xù)分布，且發(fā)光顏色可調(diào)等優(yōu)點，在發(fā)光器件，生物標記、生物檢測和生物傳感器等領域均有應用價值。然而，傳統(tǒng)的半導體量子點均由高毒性的金屬元素組成，因此具有不可逾越的缺陷，人體健康和環(huán)境污染問題一直備受關注，從而限制了其廣泛的應用。近年來，繼碳納米管、石墨烯、納米金剛石之后，碳納米材料家族誕生了一位新成員-碳量子點(Carbon Quantum Dots,或稱為碳點)，其核心為粒徑為小于IOnm的碳納米顆粒，由于具有良好的熒光性能、優(yōu)異的生物相容性、無毒和易于表面功能化，有望作為傳統(tǒng)半導體量子點的替代物，逐漸成為光致發(fā)光領域內(nèi)的研究熱點。目前碳量子點的制備方法很多，所制備的碳量子點多是羧基修飾的；另一方面，現(xiàn)行的制備方法多數(shù)工藝步驟繁瑣， 所得碳納米顆粒需要表面鈍化劑進行表面修飾過程后才能達到一定熒光性能，致使其反應產(chǎn)率低，難以規(guī)?；a(chǎn)推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以通過微波輔制備表面富含氨基的碳量子點的方法，以及該氨基碳量子點的應用。為解決上述問題，本發(fā)明的一種氨基碳量子點的制備方法，其特征在于，包括以下步驟I)將氨基葡萄糖粉末與濃度為10 50mmol/L的磷酸鹽緩沖液按lg/60ml比例混合，室溫條件下磁力攪拌，使氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；2)將透明溶液置于微波爐中，采用700W功率，微波輻射2 5min，獲得含有碳量子點的溶液；3)將步驟2)得到的溶液注入到透析袋內(nèi)進行透析，其截留分子量為500D，透析時間為72h,每間隔12h換一次水；4)將透析產(chǎn)物進行蒸發(fā)，得到濃縮溶液；5)將濃縮溶液在-50°C條件下進行冷凍干燥至粉末狀，獲得表面富含氨基的碳量子點。 所述磷酸鹽緩沖液為Na2HPO4-NaH2PO4水溶液。所述氨基葡萄糖為D-氨基葡萄糖鹽酸鹽。所述步驟I)中，氨基葡萄糖粉末取O. 5g，磷酸鹽緩沖液為30ml濃度為20mmol/L，PH 值為 7. 4 的 Na2HPO4-NaH2PO4 水溶液。所述氨基碳量子點用于活細胞熒光成像。采用本發(fā)明的方法制備氨基碳量子點，操作簡單，成本低，收率高，制備工藝設備簡易，使用家用機械式微波爐即可完成生產(chǎn)，且可在極短時間內(nèi)完成操作，易于推廣。獲得的碳量子點表面富含氨基，易溶于水，熒光量子產(chǎn)率大大提高，且成功用于活細胞標記，具有廣闊的應用前景。


圖I為本發(fā)明中制備氨基碳量子點的反應示意圖。圖2為本發(fā)明中碳量子點的高倍透射電鏡圖。圖3為本發(fā)明中碳量子點水溶液液滴的熒光顯微鏡圖。圖4為本發(fā)明中碳量子點水溶液光致發(fā)光譜。圖5為本發(fā)明中碳量子點標記的C0S-7細胞激光共聚焦圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明技術方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例I :將O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL規(guī)格的燒杯中，再向燒杯內(nèi)注入 30ml濃度為IOmmoI/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室溫(15 25°C )條件下磁力攪拌，待氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；將燒杯置入家用機械式微波爐內(nèi)的轉(zhuǎn)盤中央，采用700W功率，對透明溶液進行微波輻射2min，獲得含有碳量子點的棕黃色溶液， 待溶液自然冷卻后注入到透析袋內(nèi)(截留分子量500D)透析72h，每間隔12h換一次水，透析產(chǎn)物通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)方法除去大部分水，得到濃縮溶液。得到的濃縮液經(jīng)_50°C冷凍干燥， 最終獲得表面富含氨基的碳量子點，收率約14%，粒徑在2 7nm范圍，量子產(chǎn)率11. 2% ；實施例2 :將O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL燒杯中，再向燒杯內(nèi)注入30ml濃度為20mmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(pH7. 4)，室溫條件下磁力攪拌，待氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；將燒杯置入家用機械式微波爐內(nèi)的轉(zhuǎn)盤中央，采用700W功率， 對透明溶液進行微波輻射2min，獲得含有碳量子點的棕紅色溶液，待溶液自然冷卻后注入到透析袋內(nèi)(截留分子量500D)透析72h，每間隔12h換一次水，透析產(chǎn)物通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)方法除去大部分水，得到濃縮溶液。得到的濃縮液經(jīng)_50°C冷凍干燥，最終獲得表面富含氨基的碳量子點，收率約15%，粒徑在3 7nm范圍，量子產(chǎn)率10. 4% ;實施例3 :將O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL燒杯中，再向燒杯內(nèi)注入30ml濃度為50mmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室溫條件下磁力攪拌，待氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；將燒杯置入家用機械式微波爐內(nèi)的轉(zhuǎn)盤中央，采用700W功率， 對透明溶液進行微波輻射2min，獲得含有碳量子點的褐色溶液，待溶液自然冷卻后注入到透析袋內(nèi)(截留分子量500D)透析72h，每間隔12h換一次水，透析產(chǎn)物通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)方法除去大部分水，得到濃縮溶液。得到的濃縮液經(jīng)_50°C冷凍干燥，最終獲得表面富含氨基的碳量子點，收率約17%，粒徑在4 12nm范圍，量子產(chǎn)率7. 0% ；實施例4 :將O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL燒杯中，再向燒杯內(nèi)注入30ml濃度為lOmmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室溫條件下磁力攪拌，待氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；將燒杯置入家用機械式微波爐內(nèi)的轉(zhuǎn)盤中央，采用700W功率， 對透明溶液進行微波輻射3min，獲得含有碳量子點的棕紅色溶液，待溶液自然冷卻后注入到透析袋內(nèi)(截留分子量500D)透析72h，每間隔12h換一次水，透析產(chǎn)物通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)方法除去大部分水，得到濃縮溶液。得到的濃縮液經(jīng)_50°C冷凍干燥，最終獲得表面富含氨基的碳量子點，收率約16%，粒徑在2 9nm范圍，量子產(chǎn)率10. 4% ;實施例5 :將O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL燒杯中，再向燒杯內(nèi)注入30ml濃度為lOmmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室溫條件下磁力攪拌，待氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；將燒杯置入家用機械式微波爐內(nèi)的轉(zhuǎn)盤中央，采用700W功率， 對透明溶液進行微波輻射4min，獲得含有碳量子點的棕紅色溶液，待溶液自然冷卻后注入到透析袋內(nèi)(截留分子量500D)透析72h，每間隔12h換一次水，透析產(chǎn)物通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)方法除去大部分水，得到濃縮溶液。得到的濃縮液經(jīng)_50°C冷凍干燥，最終獲得表面富含氨基的碳量子點，收率約17%，粒徑在4 14nm范圍，量子產(chǎn)率5. 7% ；實施例6 :將O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL燒杯中，再向燒杯內(nèi)注入30ml濃度為lOmmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室溫條件下磁力攪拌，待氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；將燒杯置入家用機械式微波爐內(nèi)的轉(zhuǎn)盤中央，采用700W功率， 對透明溶液進行微波輻射5min，獲得含有碳量子點的黑褐色溶液，待溶液自然冷卻后注入到透析袋內(nèi)(截留分子量500D)透析72h，每間隔12h換一次水，透析產(chǎn)物通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)方法除去大部分水，得到濃縮溶液。得到的濃縮液經(jīng)_50°C冷凍干燥，最終獲得表面富含氨基的碳量子點，收率約14%，粒徑在4 25nm范圍，量子產(chǎn)率5.0% ；圖I為本發(fā)明中制備氨基碳量子點的反應示意圖。圖中，石英比色皿盛有碳量子點水溶液，放置于紫外投射臺上，經(jīng)365nm激發(fā)光源激發(fā)后發(fā)出藍色熒光。圖2為本發(fā)明中碳量子點的高倍透射電鏡圖。圖3為本發(fā)明中碳量子點水溶液液滴的熒光顯微鏡圖。其中，3a為紫外光源激發(fā)呈藍色圖；3b為藍色光源激發(fā)呈綠色圖；3c為綠色光源激發(fā)呈紅色圖。圖4為本發(fā)明中碳量子點水溶液光致發(fā)光譜。圖中，I是370nm波長激發(fā)下采集的熒光光譜；2是390nm波長激發(fā)下采集的熒光光譜；3是410nm波長激發(fā)下采集的熒光光譜；4 是430nm波長激發(fā)下采集的熒光光譜；5是450nm波長激發(fā)下采集的熒光光譜；6是470nm 波長激發(fā)下采集的熒光光譜；7是490nm波長激發(fā)下采集的熒光光譜；內(nèi)置為歸一化(0，I) 的突光光譜。本發(fā)明中的碳量子點表面富含氨基，易溶于水，熒光量子產(chǎn)率大大提高，且成功用于活細胞標記。圖5為碳量子點標記的C0S-7細胞激光共聚焦圖。其中，5a是405nm波長激發(fā)后的照片；5b是488nm波長激發(fā)后的照片；5c是543nm波長激發(fā)后的照片；5d是5a、 5b和5c場景重疊照片。
權(quán)利要求
1.一種氨基碳量子點的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將氨基葡萄糖粉末與濃度為10 50mmol/L的磷酸鹽緩沖液按lg/60ml比例混合， 室溫條件下磁力攪拌，使氨基葡萄糖充分溶解，獲得均勻的透明溶液；2)將透明溶液置于微波爐中，采用700W功率，微波輻射2 5min，獲得含有碳量子點的溶液；3)將步驟2)得到的溶液注入到透析袋內(nèi)進行透析，其截留分子量為500D，透析時間為 72h，每間隔12h換一次水；4)將透析產(chǎn)物進行蒸發(fā)，得到濃縮溶液；5)將濃縮溶液在_50°C條件下進行冷凍干燥至粉末狀，獲得表面富含氨基的碳量子
2.如權(quán)利要求I所述氨基碳量子點的制備方法，其特征在于所述磷酸鹽緩沖液為 Na2HPO4-NaH2PO4 水溶液。
3.如權(quán)利要求2所述氨基碳量子點的制備方法，其特征在于所述氨基葡萄糖為D-氨基葡萄糖鹽酸鹽。
4.如權(quán)利要求3所述氨基碳量子點的制備方法，其特征在于所述步驟I)中，氨基葡萄糖粉末取O. 5g，磷酸鹽緩沖液為30ml濃度為20mmol/L，PH值為7. 4的Na2HPO4-NaH2PO4 水溶液。
5.一種如權(quán)利要求I中所述的氨基碳量子點的應用，其特征在于所述氨基碳量子點用于活細胞熒光成像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以通過微波輔制備表面富含氨基的碳量子點的方法，以及該氨基碳量子點的應用，以氨基葡萄糖的磷酸鹽水溶液為原料，以微波爐為反應平臺，加熱制備出具有熒光性能的碳量子點，通過透析與旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后除去殘余物和水分，獲得碳量子點粉末。采用本發(fā)明的方法制備氨基碳量子點，操作簡單，成本低，收率高，制備工藝設備簡易，且可在極短時間內(nèi)完成操作，易于推廣。獲得的碳量子點表面富含氨基，易溶于水，熒光量子產(chǎn)率大大提高，且成功用于活細胞標記，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C09K11/65GK102604629SQ20121002716
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者劉長軍, 張彥軍, 李釩, 楊建 , 田豐 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所