專利名稱:一種功能性碳點(diǎn)及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能性納米熒光材料，具體地說是一種熒光碳點(diǎn)及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
納米熒光材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如發(fā)光強(qiáng)度高、熒光性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，近年來受到了越來越多的關(guān)注。其應(yīng)用焦點(diǎn)目前主要集中在生物技術(shù)領(lǐng)域：
，如生物大分子的單分子原位檢測、熒光顯微鏡檢測、免疫組織化學(xué)、細(xì)胞化學(xué)、以及生物成像等。在以上生物技術(shù)應(yīng)用中，以納米級粒子為中心的熒光標(biāo)記技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)上述功能的一種重要的技術(shù)手段。目前納米熒光材料主要有I)半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn):如ZnS-CdSe (文獻(xiàn)1:Warren C.ff.Chanand Nie Shuming, Science, 1998, 281, 2016),量子點(diǎn)的發(fā)明，開創(chuàng)了納米突光微粒作為標(biāo)記物應(yīng)用的新領(lǐng)域，其發(fā)射峰的位置表現(xiàn)出明顯的納米尺寸效應(yīng)，即發(fā)射峰隨著粒子的增大而紅移。然而，半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)含有毒性較大的金屬元素、發(fā)光不穩(wěn)定、易閃爍，其細(xì)胞和體內(nèi)應(yīng)用的毒副作用已經(jīng)受到重視。2)聚苯乙烯納米熒光材料(文獻(xiàn)2:Harri
Tero Soukka, Timo Lovgren, Clin.Chem.,2001,47,561) 此類納米熒光材料采用有機(jī)高分子為基質(zhì)材料，在有機(jī)溶劑中高分子材料易溶脹而導(dǎo)致微粒內(nèi)熒光分子泄漏。3)無機(jī)二氧化娃突光納米材料(文獻(xiàn) 3:Santra Swadeshmukul, Zhang Peng, Wang Kemin, TapecRovelyn, and Tan Weihong, Anal.Chem., 2001, 73,4988 ;文獻(xiàn) 4:譚蔚視，王柯敏，肖丹，核殼型納米顆粒，中國專利，
公開日2002年4月3日，公開號(hào)CN1342515A)。這一類熒光納米材料以二氧化硅為外殼制備了大小均勻的納米熒光微粒。其優(yōu)勢是熒光染料的光穩(wěn)定性顯著提高，易于生物分子標(biāo)記，但是其在水溶液中易凝聚，熒光的發(fā)射光譜受所包裹的熒光染料種類限制。4)碳點(diǎn)(文獻(xiàn) 5:Sun Ya-Ping, Zhou Bing, Lin Yi, et al J.Am.Chem.Soc,2006，128,7756)，2006年Sun研究組報(bào)道了表面修飾的碳納米微粒具有光致發(fā)光的特點(diǎn)，這一結(jié)果激起人們對熒光碳納米材料的研究興趣，近來越來越多的研究者報(bào)道了碳點(diǎn)的制備方法及其應(yīng)用。碳納米微粒的熒光具有非常特殊的性質(zhì)，在一定的激發(fā)范圍內(nèi)，其發(fā)射光譜可以隨著激發(fā)光譜的紅移而 紅移，而且還發(fā)現(xiàn)其具有上轉(zhuǎn)換熒光的特性。由于碳是生物本身固有的元素之一，碳點(diǎn)具有優(yōu)越生物相容性、低毒性等特點(diǎn)，與有機(jī)染料相比，碳點(diǎn)具有較高光穩(wěn)定性和抗光漂白性，可經(jīng)受多次激發(fā)而不發(fā)生熒光淬滅、且水溶性好，在生物分子標(biāo)記和活體成像等領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
目前已經(jīng)報(bào)道的碳點(diǎn)制備技術(shù)及其存在的問題主要包括如下幾個(gè)方面:(a)金剛石突光碳納米材料(文獻(xiàn) 6:Chang Y R, Lee H Y, Chen K, et al, Nat.，Nanotech.,2008,3，284-288)。米用高能量He+離子束輻照納米金剛石微粒，使其表面產(chǎn)生空缺，從而產(chǎn)生發(fā)光中心。其缺點(diǎn)是制備設(shè)備昂貴、復(fù)雜，且在30nm以下金剛石中發(fā)生輻照摻雜，獲得較高發(fā)光效率的難度很大。因?yàn)殡S著粒徑的減小，氮原子含量降低，導(dǎo)致可能的發(fā)光中心的出現(xiàn)的概率降低，熒光性能減弱。(b)石墨結(jié)構(gòu)的碳熒光納米材料(文獻(xiàn)7:Sun Ya-Ping, ZhouBing, Lin Yi, et.al.J.A m.Chem.Soc，2006，128，7756)，此類納米熒光材料通常采用激光法和電化學(xué)法制備，其有上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射的特性，熒光量子效率為1% _10%。缺點(diǎn)是:激光法高溫高壓制備納米顆粒設(shè)備昂貴、條件難以控制，而且電化學(xué)法制備方法中采用的電解液性質(zhì)對是否產(chǎn)生熒光有很大影響，所制得的碳熒光納米材料熒光量子效較低。(C)非晶結(jié)構(gòu)碳熒光納米材料(文獻(xiàn) 8:Liu H, Ye T，Mao C，Angew.Chem.1nt.EcL 2007，46，6473)，此類材料采用硝酸回流蠟燭灰制備，可以發(fā)出多色可見光。該方法獲得的碳納米材料通過原子力顯微鏡分析表明尺寸不到2nm，X射線衍射(XRD)測試表明納米顆粒不具有晶體特征。缺點(diǎn)是:蠟燭不完全燃燒產(chǎn)生的煙灰難以大量富集，而且制得的產(chǎn)物熒光量子效率低。此外，最近Qiao等報(bào)道了以商業(yè)活性炭(煤質(zhì)、木質(zhì)、椰殼活性炭)為碳源合成的一類非晶碳熒光納米材料，獲得了粒徑約為4.5nm水溶性好的碳納米顆粒(文獻(xiàn)9:Qiao Zhen-An, WangYifan, Gao Yang, et al.Chem.Commun.2010,46,8812),能發(fā)出多色可見光，具有良好的生物相容性。
碳點(diǎn)被認(rèn)為是最為理想的熒光標(biāo)記材料之一，而且其在納米光催化、發(fā)光器件、生物傳感器等也展現(xiàn)了巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。已有的碳點(diǎn)制備技術(shù)仍然存在著不足，例如制備工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴、原料來源少、條件難以控制等等，小尺寸的非晶結(jié)構(gòu)碳熒光納米材料其效能還有待提高，發(fā)展碳熒光納米材料新的制備技術(shù)具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原料來源廣泛，價(jià)格低廉，制備條件簡單的方法制備碳納米熒光材料。并采用多種功能材料進(jìn)行表面修飾，提高熒光量子效率、用于細(xì)胞成像。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
碳點(diǎn)的發(fā)光原理系因表面修飾、而造成的能級勢阱產(chǎn)生了可見光發(fā)射，發(fā)光的強(qiáng)度和發(fā)光的效率取決于粒徑的大小和表面修飾的功能材料。
其制備方法為:采用含碳化合物草木灰，置于1.5 5mol/L硝酸中，于110 140°C加熱回流4 24小時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化，一步法制備碳點(diǎn)，并在所制備的碳熒光微粒表面導(dǎo)入活性官能團(tuán)的表面修飾技術(shù)。
微粒表面導(dǎo)入活性官能團(tuán)的表面修飾技術(shù)方式為:
a.在制得的碳點(diǎn)表面修飾具有可供化學(xué)結(jié)合的-NH2 或-COOH活性基團(tuán)，用于生物大分子或細(xì)胞標(biāo)記
b.經(jīng)過修飾后，提高碳點(diǎn)熒光量子效率
本發(fā)明的另一目的是功能性碳熒光微粒在應(yīng)用于物理、化學(xué)以及生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用；本發(fā)明的碳點(diǎn)具有與生物分子等結(jié)合的功能，未來有希望可以廣泛地應(yīng)用于熒光生物檢測技術(shù)，如熒光顯微鏡成像、蛋白質(zhì)的熒光標(biāo)記，細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的檢測，免疫組織化學(xué)、核酸分子雜交中的應(yīng)用等。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)碳點(diǎn)及其修飾產(chǎn)物原料來源廣泛，價(jià)格低廉，容易獲得且制備方法簡單。
(2)碳點(diǎn)及其修飾產(chǎn)物水溶性好，在水中不凝聚、不結(jié)塊，有利于在生物分子標(biāo)記應(yīng)用。
(3)碳點(diǎn)及其修飾產(chǎn)物熒光穩(wěn)定性高，本身是一種光比較穩(wěn)定的物質(zhì)，需要強(qiáng)光測定的場合，如熒光顯微鏡測定時(shí)，不會(huì)發(fā)生熒光漂白現(xiàn)象(發(fā)射光強(qiáng)度隨光照時(shí)間增加而衰減的現(xiàn)象)，可很好的滿足測定的需要。
(4)避免標(biāo)記物大量使用時(shí)的“濃度消光”現(xiàn)象。許多熒光化合物當(dāng)濃度較高時(shí)，就會(huì)發(fā)生濃度消光的問題。碳點(diǎn)的不存在濃度消光的問題(熒光素等有機(jī)熒光化合物在微摩爾濃度水平即發(fā)生濃度消光)。
(5)碳點(diǎn)經(jīng)不同材料進(jìn)行表面修飾后，修飾產(chǎn)物可以直接用于生物分子的標(biāo)記。本發(fā)明以碳點(diǎn)為發(fā)光內(nèi)核，經(jīng)過表面化學(xué)修飾后，可以引入用于標(biāo)記的官能團(tuán)，成功地解決了對碳點(diǎn)用于生物標(biāo)記的難題。
(6)本發(fā)明建立以碳點(diǎn)的修飾產(chǎn)物為標(biāo)記物的熒光生物檢測技術(shù)。碳點(diǎn)表面修飾產(chǎn)物的生物相容性好，毒性低(無毒性)作為標(biāo)記物使用才剛剛起步，隨著研究的不斷深入，碳點(diǎn)必將在生物檢測，如熒光顯微鏡成像、蛋白質(zhì)的熒光標(biāo)記，細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的檢測，免疫組織化學(xué)、核酸分子雜交等領(lǐng)域?qū)?huì)有巨大的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是碳點(diǎn)的透射電子顯微鏡照片；
圖2是碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜；
圖3是碳點(diǎn)的光穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)；
圖4pH值對碳點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響；
圖5碳點(diǎn)及其修飾產(chǎn)物的紅外光譜。a為殼聚糖修飾的碳點(diǎn)；b為α -多聚賴氨酸修飾的碳點(diǎn)；c為4，7，10-三氧-1，13-十三烷二胺(PEG-NH2)修飾的碳點(diǎn)；d為半胱氨酸修飾的碳點(diǎn)；e為碳點(diǎn)的紅外光譜；
圖6是殼聚糖修飾的碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜；
圖7是α -多聚賴氨酸修飾的碳點(diǎn)紫外吸收光譜和熒光光譜；
圖8是4，7，10-三氧_1，13-十三烷二胺(PEG-NH2)修飾的碳點(diǎn)紫外吸收光譜和突光光譜；
圖9是半胱氨酸修飾的碳點(diǎn)紫外吸收光譜和熒光光譜；
圖10是碳點(diǎn)用于細(xì)胞成像圖。A:中國倉鼠卵巢細(xì)胞(Chinese Hamster Ovary,CHO)細(xì)胞明場照片；B:碳點(diǎn)標(biāo)記細(xì)胞熒光成像照片(激發(fā)光源450 490nm) ；C:明場和熒光成像疊加照片。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
碳點(diǎn)的制備:
草木灰0.5g，加入含IOOmlL 5M硝酸的圓底燒瓶中，超聲分散，在110°C下磁力攪拌回流20小時(shí)。反應(yīng)完畢后，過濾得濾液，用Na2CO3將濾液中和至中性。用透析袋(Mw1000)在去離子水中透析24小時(shí)，期間3次換透析袋外的水除雜質(zhì)。所得透析袋內(nèi)的溶液過0.22 μ m濾膜，得碳點(diǎn)溶液于4°C冰箱保存
碳點(diǎn)的性質(zhì)表征:
(I)碳點(diǎn)形態(tài)及大小尺寸
圖1是碳點(diǎn)的透射電子顯微鏡照片，結(jié)果表明經(jīng)過上述方法制備的碳點(diǎn)粒徑大約在3 5納米，碳納米微粒分散良好，沒有團(tuán)聚 現(xiàn)象發(fā)生。[0037](2)碳點(diǎn)的熒光光譜特性
圖2是碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜，圖中碳點(diǎn)在200 500納米有吸收，其發(fā)射光譜隨著激發(fā)波長的增長，發(fā)射峰的位置向長波方向移動(dòng)且強(qiáng)度減弱，發(fā)射波長的變化范圍從430nm到550nm。不同激發(fā)波長下的碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率見表I。
(3)碳點(diǎn)的光穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)
碳點(diǎn)、羅丹明B及熒光素在水溶液中的光穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，所用光源為60瓦白熾燈，樣品距離白熾燈15cm，分別于碳點(diǎn)最大激發(fā)波長320nm、羅丹明B最大激發(fā)波長552nm、熒光素最大激發(fā)波長322nm測其發(fā)射熒光強(qiáng)度變化。經(jīng)過白熾燈60分鐘照射后，羅丹明B的熒光強(qiáng)度衰減到起始時(shí)的18%，熒光素的熒光強(qiáng)度衰減到起始時(shí)的11%，而碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度僅衰減到起始時(shí)的94%，說明碳點(diǎn)的光穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)熒光染料羅丹明B及熒光素。
(4) pH值對碳點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響
用Na2CO3水溶液調(diào)節(jié)碳點(diǎn)至不同pH值，在320nm激發(fā)下，熒光強(qiáng)度隨pH值的變化如圖4所示。碳點(diǎn)發(fā)射熒光強(qiáng)度隨pH值增加先減小，然后逐漸增強(qiáng)，在pH值為6-8范圍內(nèi)，碳點(diǎn)有良好的熒光強(qiáng)度。
(5)碳點(diǎn)傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表征
圖5中e為碳點(diǎn)的紅外光譜，3434cm-1左右由0_H的伸縮振動(dòng)吸收峰和N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰重疊而成的一個(gè)寬峰，碳點(diǎn)也有乙酰氨基NH-C = O的伸縮振動(dòng)吸收峰和-NO2不對稱伸縮振動(dòng)重疊峰于1654cm 1O 1398cm 1為-NO2對稱伸縮振動(dòng)
實(shí)施例2
殼聚糖修飾碳點(diǎn)
(I)殼聚糖修飾碳點(diǎn)方法
將上述實(shí)施例1制備好的碳點(diǎn)溶液倒入圓底燒瓶中，用Na2CO3將溶液中和至pH
4.2，過濾除去雜質(zhì)，得濾液。加入Ig殼聚糖，超聲分散，于110°C下磁力攪拌回流72小時(shí)。反應(yīng)完畢后，過濾得溶液，用透析袋(MwIOOO)透析I天，期間換水3次除雜質(zhì)。所得透析袋內(nèi)的溶液過0.22 μ m濾器，得殼聚糖-碳點(diǎn)溶液于4°C冰箱保存。
(2)殼聚糖修飾碳點(diǎn)的性質(zhì)表征
圖6是殼聚糖修飾后碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜，修飾后的碳點(diǎn)在200 500納米范圍內(nèi)有吸收，其發(fā)射光譜隨著激發(fā)波長的增長，發(fā)射峰的位置向長波方向移動(dòng)且強(qiáng)度減弱，發(fā)射波長的變化范圍從430nm到550nm。不同激發(fā)波長下的碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率見表I，在320nm，350nm, 380nm和400nm激發(fā)波長下，熒光量子收率分別為2.20 %，2.98 %，
2.65%和2.39%，相對于裸露的碳點(diǎn)，熒光量子收率分別提高2.76，3.68，3.68和4.98倍。
(3)殼聚糖修飾碳點(diǎn)FTIR表征
圖5中a為殼聚糖修飾后的碳點(diǎn)的紅外光譜，3439CHT1左右由和N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰重疊而成的一個(gè)寬峰。殼聚糖分子中有一定含量的乙酰氨基，所以有酰胺NH-C = O特征吸收峰于1654011'
實(shí)施例3
α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)
(I) α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)方法[0056]將上述實(shí)施例1制備好的碳點(diǎn)溶液倒入圓底燒瓶中，加入Ig α -多聚賴氨酸(Mw約10000)，超聲分散，于110°c下磁力攪拌回流72小時(shí)。反應(yīng)完畢后，過濾后得濾液，用透析帶(MwIOOO)透析I天，期間換水3次除雜質(zhì)。所得透析袋內(nèi)的溶液過0.22 μ m濾器，得α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)，于4°C冰箱保存。
(2) α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)的性質(zhì)表征
圖7是α-多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜。修飾后碳點(diǎn)的吸收和熒光發(fā)射光譜沒有發(fā)生明顯改變，修飾后的碳點(diǎn)在200 500納米范圍內(nèi)有吸收，其發(fā)射光譜隨著激發(fā)波長的增長，發(fā)射峰的位置向長波方向移動(dòng)且強(qiáng)度減弱，發(fā)射波長的變化范圍從430nm到550nm。不同激發(fā)波長下的碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率見表1，在320hm，350nm, 380nm和400nm激發(fā)波長下，熒光量子收率分別為1.83 %，2.26%，4.28 %和1.83 %，相對于裸露的碳點(diǎn)，熒光量子收率分別提高2.29，2.79，5.94和3.81倍。
(3) α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)的FTIR表征
圖5中b為α -多聚賴氨酸修飾的碳點(diǎn)的紅外光譜，3635CHT1和3181(^1的伯酰胺基N-H伸縮振動(dòng)吸收峰，其強(qiáng)度可能高于O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，故O-H沒有明顯的吸收峰。PLL修飾的碳點(diǎn)也有乙酰氨基NH-C = O特征吸收峰于1654CHT1。
實(shí)施例4
4,7,10-三氧-1，13-十三烷二胺(PEG-NH2)修飾碳點(diǎn)
(I)PEG-NH2修飾碳點(diǎn)方法
將上述實(shí)施例1制備好的碳點(diǎn)溶液倒入圓底燒瓶中，加入Iml短鏈PEG-NH2,超聲分散，于110°c下磁力攪拌回流72小時(shí)。反應(yīng)完畢后，過濾后得濾液，用透析袋(MwIOOO)透析I天，期間換水3次除雜質(zhì)。所得透析袋內(nèi)的溶液過0.22 μ m濾器，得PEG-NH2修飾的碳點(diǎn)，在4°C冰箱保存。
(2) PEG-NH2修飾碳點(diǎn)的性質(zhì)表征
圖8是PEG-NH2修飾碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜。修飾后碳點(diǎn)的吸收和熒光發(fā)射光譜沒有發(fā)生明顯改變，修飾后的碳點(diǎn)在200 500納米范圍內(nèi)有吸收，其發(fā)射光譜隨著激發(fā)波長的增長，發(fā)射峰的位置向長波方向移動(dòng)且強(qiáng)度減弱，發(fā)射波長的變化范圍從430nm到550nm。不同激發(fā)波長下的碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率見表1，在320nm，350nm，380nm和400nm激發(fā)波長下，熒光量子收率分別為1.12%, 1.10%, 1.10%和1.70%，相對于裸露的碳點(diǎn)，熒光量子收率分別提高1.40，1.36，1.53和3.54倍。
(3) PEG-NH2修飾碳點(diǎn)的FTIR表征
圖5中c為PEG-NH2修飾的碳點(diǎn)紅外光譜，3583cm^和3401cm—1的伯酰胺基N-H伸縮振動(dòng)吸收峰，強(qiáng)度可能高于O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，故O-H沒有明顯的吸收峰。PEG-NH2修飾的碳點(diǎn)也有乙酰氨基NH-C = O的伸縮振動(dòng)吸收峰和-NO2不對稱伸縮振動(dòng)重疊峰于1654cm 1J 1413cm 1為-NO2對稱伸縮振動(dòng)。
實(shí)施例5
半胱氨酸修飾碳點(diǎn)
(I)半胱氨酸修飾碳點(diǎn)方法
將上述實(shí)施例1制備好的碳點(diǎn)溶液倒入圓底燒瓶中，加入Ig半胱氨酸，超聲分散，于110°C下磁力攪拌回流72小時(shí)。反應(yīng)完畢后，過濾后得濾液，用透析袋(MwIOOO)透析I天，期間換水3次，除去雜質(zhì)。所得透析袋內(nèi)的溶液過0.22 μ m濾器，得半胱氨酸修飾碳點(diǎn)，于4°C冰箱保存。
(2)半胱氨酸修飾碳點(diǎn)的性質(zhì)表征
圖9是PEG-NH2修飾碳點(diǎn)的紫外吸收光譜和熒光光譜。修飾后碳點(diǎn)的吸收和熒光發(fā)射光譜沒有發(fā)生明顯改變，修飾后的碳點(diǎn)在200 500納米范圍內(nèi)有吸收，其發(fā)射光譜隨著激發(fā)波長的增長，發(fā)射峰的位置向長波方向移動(dòng)且強(qiáng)度減弱，發(fā)射波長的變化范圍從430nm到550nm。不同激發(fā)波長下的碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率見表1，在320nm，350nm，380nm和400nm激發(fā)波長下，熒光量子收率分別為2.39%, 1.83%, 1.70%和1.78%，相對于裸露的碳點(diǎn)，熒光量子收率分別提高4.98，3.81，3.54和3.71倍。
(3)半胱氨酸修飾碳點(diǎn)的FTIR表征
圖5中d為半胱氨酸修飾的碳點(diǎn)的紅外光譜，3498CHT1左右由O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰和N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰重疊而成的一個(gè)寬峰，1650cm-1為酰胺NH-C = O特征吸收峰。
實(shí)施例6
α-多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)用于細(xì)胞成像
中國倉鼠卵巢細(xì)胞(Chinese Hamster Ovary, CHO),經(jīng)0.25%的胰酶消化后形成單細(xì)胞懸液，以IX IO5密度種入24孔版中，加入Iml 1640培養(yǎng)基過夜。將α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)，用PBS稀釋至50mg/ml左右后，每孔500 μ L到24孔版中，在5% CO2中37°C孵育24小時(shí)，置于熒光顯微鏡下觀察。明場下選擇合適視野，以450-490nm激發(fā)波長激發(fā)，α -多聚賴氨酸修飾碳點(diǎn)用于細(xì)胞成像結(jié)果見圖10。
表I碳點(diǎn)和不同材料修飾的碳點(diǎn)的熒光效率
權(quán)利要求
1.一種功能性突光碳點(diǎn)，其特征在于:米用含碳材料草木灰，置于1.5 5mol/L硝酸中，于110 140°C加熱回流4 24小時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化，每IOOml硝酸的草木灰用量0.5-lg，一步法制備碳點(diǎn)；反應(yīng)完畢后，過濾，濾液中和至中性，濾液加入截留分子量500-1000透析袋中，將透析袋在去離子水中透析，然后透析袋內(nèi)溶液在過0.22 μ m濾膜，透過濾膜的濾液即為碳點(diǎn)溶液，干燥得碳點(diǎn)。
2.—種權(quán)利要求
1所述功能性熒光碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于:采用含碳材料草木灰，置于1.5 5mol/L硝酸中，于110 140°C加熱回流4 24小時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化，每IOOml硝酸的草木灰用量0.5-lg，一步法制備碳點(diǎn)；反應(yīng)完畢后，過濾，濾液中和至中性，濾液加入截留分子量500-1000透析袋中，將透析袋在去離子水中透析，然后透析袋內(nèi)溶液在過0.22 μ m濾膜，透過濾膜的濾液即為碳點(diǎn)溶液，干燥得碳點(diǎn)。
3.—種表面修飾的功能性突光碳點(diǎn),其特征在于: 在草木灰的硝酸溶液的中加入表面修飾材料，每IOOml硝酸的草木灰用量0.5-lg，或在權(quán)利要求
1所述制備完成的碳點(diǎn)溶液中或在于濃度1.1-1.5mg/ml碳點(diǎn)的水溶液中加入表面修飾材料，于110 140°C加熱回流4 24小時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化，反應(yīng)完畢后，過濾，濾液中和至中性，濾液加入截留分子量500-1000透析袋中，將透析袋在去離子水中透析，然后透析袋內(nèi)溶液在過0.22 μ m濾膜，透過濾膜的濾液即為制備成的可以發(fā)出強(qiáng)熒光的并且具有生物結(jié)合功能熒光碳點(diǎn)溶液，干燥得表面修飾的功能性碳點(diǎn)； IOOm的反應(yīng)液表面修飾材料的用量lg。
4.按照權(quán)利要求
3所述表面修飾的功能性熒光碳點(diǎn)，其特征在于: 所述表面修飾材料為分子量Mw為4w-30w的殼聚糖，或分子量Mw為10000-15000的α -多聚賴氨酸、或分子量Mw為3000-5000的ε -多聚賴氨酸,或4, 7,10-三氧-1,13-十三烷二胺，或半胱氨酸；在碳點(diǎn)表面修飾，使之生成功能性熒光碳點(diǎn)； 并采用上述材料進(jìn)行表面修飾，可提高碳點(diǎn)熒光量子效率并可以用于生物標(biāo)記。
5.—種權(quán)利要求
3所述表面修飾的功能性突光碳點(diǎn)的制備方法,其特征在于: 在草木灰的硝酸溶液的中加入表面修飾材料，每IOOml硝酸的草木灰用量0.5-lg，或在權(quán)利要求
1所述制備完成的碳點(diǎn)溶液中或在于濃度1.1-1.5mg/ml碳點(diǎn)的水溶液中加入表面修飾材料，于110 140°C加熱回流4 24小時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化，反應(yīng)完畢后，過濾，濾液中和至中性，濾液加入截留分子量500-1000透析袋中，將透析袋在去離子水中透析，然后透析袋內(nèi)溶液在過0.22 μ m濾膜，透過濾膜的濾液即為制備成的可以發(fā)出強(qiáng)熒光的并且具有生物結(jié)合功能熒光碳點(diǎn)溶液，干燥得表面修飾的功能性碳點(diǎn)；IOOml的反應(yīng)液表面修飾材料的用量Ig; 所述表面修飾材料為分子量Mw為4w-30w的殼聚糖，或分子量Mw為10000-15000的α -多聚賴氨酸、或分子量Mw為3000-5000的ε -多聚賴氨酸,或4, 7,10-三氧-1,13-十三烷二胺，或半胱氨酸；在碳點(diǎn)表面修飾，使之生成功能性熒光碳點(diǎn)；并采用上述材料進(jìn)行表面修飾，可提高碳點(diǎn)熒光量子效率并可以用于生物標(biāo)記。
6.一種權(quán)利要求
1或3所述的功能性碳點(diǎn)在生物標(biāo)記中的應(yīng)用。
7.按照權(quán)利要求
6所述的應(yīng)用，所述被功能性碳點(diǎn)標(biāo)記的生物可為細(xì)胞、抗原、抗體或核酸。
8.—種權(quán)利要求
1或3所述的所述功能性碳點(diǎn)在塑料棚膜中的應(yīng)用，其特征在于:作為塑料棚膜的助劑，可提高農(nóng)用塑棚膜的光轉(zhuǎn)化率，將太陽光中的紫外光轉(zhuǎn)換成植物可以利用的藍(lán)紫光、促進(jìn) 植物的吸收利用。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種功能性碳點(diǎn)(Carbon Dots，簡稱CDs)的制備及其修飾產(chǎn)物在生物檢測技術(shù)中的應(yīng)用方法，特征是將草木灰加入到1.5～5mol/L硝酸中，110～140℃加熱回流4～24小時(shí)，然后對產(chǎn)物進(jìn)行酸堿中和、純化和表面修飾。本發(fā)明原料來源豐富、價(jià)廉易得、碳點(diǎn)制備方法簡單、修飾容易；所得熒光碳納米微粒水溶性好、發(fā)光穩(wěn)定、有良好的生物相容性，可直接作為熒光標(biāo)記物應(yīng)用于細(xì)胞成像等生化分析領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C12Q1/02GKCN103160279SQ201110411510
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月12日
發(fā)明者馬小軍, 譚明乾, 張玲馨, 劉洋 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan