本发明专利技术涉及一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法。其技术方案是：按焦粉∶浓H2SO4∶浓HNO3的质量比为0.1∶(9~15)∶(3~5)，先将焦粉置于反应釜中，再加入浓H2SO4和浓HNO3的混合酸，在85~105℃条件下搅拌8~12小时，冷却，固液分离；调节pH值至7~11，得到棕黑色液体。将棕黑色液体、丙酮和异丙醇搅拌，离心，得到下层溶液。将棕黑色液体、无水乙醇搅拌，离心，得到碳量子点溶液。将所述碳量子点溶液干燥，得到以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料。本发明专利技术具有反应温度低、工艺简单、成本低、易于分离纯化、荧光量子产率高和易于工业化的特点；所制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的光学性能好和细胞毒性低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳量子点荧光标记材料。尤其涉及一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法。
技术介绍
2004年，美国科学家Scrivens等在提纯单壁碳纳米管时，首次发现并分离出碳量子点，相比于传统的半导体金属量子点，碳量子点的发现非常引人注目。因为传统量子点中通常含有重金属离子，毒性比较大，使其在生物标记领域的应用受到限制。而碳量子点是以碳元素为基础，比以往的荧光材料更具生物安全性，对生物分子的活性干扰小。而且在制备碳量子点的过程中，其表面包含大量羧基和羟基等官能团，赋予碳量子点良好的水溶性，且可与有机类、无机类、聚合类以及生物类材料结合，实现相关的功能化，因此引起了研究者强烈的兴趣。目前，荧光碳量子点的制备方法总结起来主要为自上而下和自下而上的合成方法：自上而下的制备方法往往需要的反应条件比较苛刻、实验条件严格和成本高，推广性较差，且制得的碳量子点荧光产率较低；而自下而上的制备方法是通过热解或碳化合适的前驱物直接合成荧光碳量子点，成本较高、碳量子点荧光产率较低和不易分离纯化。Zhu H等(Zhu H, Wang X L, Li Y L, et al. Microwave synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with electrochemiluminescence properties［J］.Chem. Commun.，2009，14 (34):5118-5120)将PEG200和糖类物质的水溶液进行微波加热处理，制备C-QDs，并通过改变微波处理的时间，得到了具有不同荧光性能的碳量子点，其荧光量子产率仅为3.1%~6.3%，且不易分离纯化。“一种用于检测水中铍的荧光碳量子点探针的制备方法”(CN 104003370 A)专利技术，该技术的具体步骤是将尿素和柠檬酸的混合物在200~240℃反应5~7h后得到棕色水溶液，再将棕色水溶液经过离心透析、旋转蒸发、真空干燥后得到产品，该技术的制备条件苛刻、操作复杂和推广性较差。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种反应温度低、工艺简单、成本较低、易于分离纯化、荧光量子产率高和易于工业化生产的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，用该方法所制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的光学性能好、粒径均匀、分散性好和细胞毒性低。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案的具体步骤是：(1)按焦粉∶浓H2SO4∶浓HNO3的质量比为0.1∶(9~15)∶(3~5)，先将焦粉置于反应釜中，再加入浓H2SO4和浓HNO3的混合酸，得到黑色混合物。(2)将所述黑色混合物在85~105℃条件下搅拌8~12小时，自然冷却，固液分离；在分离后的液体中加入NaOH溶液调节pH值至7~11，得到棕黑色液体。(3)按棕黑色液体∶丙酮∶异丙醇的体积比为1∶(1~2)∶(1~2)，向所述棕黑色液体中加入丙酮和异丙醇，搅拌10~20min，在6000~9000r/min条件下离心30~60min，去除上层清液，得到下层溶液。(4)按棕黑色液体∶无水乙醇的体积比为1∶(3~5)，在所述下层溶液中加入无水乙醇，搅拌10~20min，在6000~9000r/min条件下离心30~60min，得到上清液和下沉物，去除上清液，得到碳量子点溶液。(5)将所述碳量子点溶液在40~50℃条件下真空干燥，得到以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料。所述浓H2SO4的浓度为98wt%。所述浓HNO3的浓度为65wt%。所述丙酮为分析纯。所述异丙醇为分析纯。所述无水乙醇为分析纯。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术采用的原料属于炼焦工业的废弃物，原料廉价易得，使用的氧化剂为普通的强酸，成本较低。2、本专利技术制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料，粒径为5~8nm，分散均匀，呈类圆形。3、本专利技术制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料经稀释后的紫外可见吸收光谱的吸收峰在280nm处吸收峰强，光学性能好。4、本专利技术制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料经稀释后的荧光发射强度和荧光量子产率高，优化条件下的最高荧光量子产率为47％，光学性能好。5、本专利技术制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料含有羟基和羧基官能团，表明所制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的水溶性好，大量的官能团引入碳量子点荧光标记材料表面，抑制了缺陷状态的发射，使得能够产生荧光的电子和空穴的辐射结合更加便利，内在的本征态发射更加容易，碳量子点的荧光强度得以提高。6、将本专利技术制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料配制成浓度为0.2mg/ml的碳量子点溶液，与大肠杆菌共同培养12h，大肠杆菌的成活率为98~100%，表明所制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料细胞毒性低，生物相容性好，能用于生物标记领域。7、本专利技术的制备方法简单易行，反应条件温和，无需高温高压，无需特殊设备，易于工业化生产。因此，本专利技术具有反应温度低、工艺简单、成本低、易于分离纯化、荧光量子产率高和易于工业化生产的特点，所制备的以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的光学性能好和细胞毒性低。附图说明图1为本专利技术制备的一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的透射电子显微镜照片；图2为图1所示以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的紫外可见吸收光谱图；图3为图1所示以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的荧光光谱图；图4为图1所示以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的红外光谱图；图5为大肠杆菌的显微镜照片；图6为图1所示以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料与大肠杆菌生物效应显微镜照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的试剂统一描述如下，实施例中不再赘述：所述浓H2SO4的浓度为98wt%。所述浓HNO3的浓度为65wt%。所述丙酮为分析纯。所述异丙醇为分析纯。所述无水乙醇为分析纯。实施例1一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法。本实施例所述方法的具体步骤是：(1)按焦粉∶浓H2SO4∶浓HNO3的质量比为0.1∶(11~13)∶(2~4)，先将焦粉置于反应釜中，再加入浓H2SO4和浓HNO3的混合酸，得到黑色混合物。(2)将所述黑色混合物在95~105℃条件下搅拌11~12小时，自然冷却，固液分离；在分离后的液体中加入NaOH溶液调节pH值至7~9，得到棕黑色液体。(3)按棕黑色液体∶丙酮∶异丙醇的体积比为1∶(1~1.5)∶(1.3~1.8)，向所述棕黑色液体中加入丙酮和异丙醇，搅拌10~20min，在6000~9000r/min条件下离心30~40min，去除上层清液，得到下层溶液。(4)按棕黑色液体∶无水乙醇的体积比为1∶(4~5)，在所述下层溶液中加入无水乙醇，搅拌10~20min，在6000~9000r/min条件下离心40~50min，得到上清液和下沉物，去除上清液，得到碳量子点溶液。(5)将所述碳量子点溶液在40~50℃条件下真空干燥，得到以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料。实施例2一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法。本实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：(1)按焦粉∶浓H2SO4∶浓HNO3的质量比为0.1∶(9～15)∶(3～5)，先将焦粉置于反应釜中，再加入浓H2SO4和浓HNO3的混合酸，得到黑色混合物；(2)将所述黑色混合物在85～105℃条件下搅拌8～12小时，自然冷却，固液分离；在分离后的液体中加入NaOH溶液调节pH值至7～11，得到棕黑色液体；(3)按棕黑色液体∶丙酮∶异丙醇的体积比为1∶(1～2)∶(1～2)，向所述棕黑色液体中加入丙酮和异丙醇，搅拌10～20min，在6000～9000r/min条件下离心30～60min，去除上层清液，得到下层溶液；(4)按棕黑色液体∶无水乙醇的体积比为1∶(3～5)，在所述下层溶液中加入无水乙醇，搅拌10～20min，在6000～9000r/min条件下离心30～60min，得到上清液和下沉物，去除上清液，得到碳量子点溶液；(5)将所述碳量子点溶液在40～50℃条件下真空干燥，得到以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料。
【技术特征摘要】
1.一种以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：(1)按焦粉∶浓H2SO4∶浓HNO3的质量比为0.1∶(9～15)∶(3～5)，先将焦粉置于反应釜中，再加入浓H2SO4和浓HNO3的混合酸，得到黑色混合物；(2)将所述黑色混合物在85～105℃条件下搅拌8～12小时，自然冷却，固液分离；在分离后的液体中加入NaOH溶液调节pH值至7～11，得到棕黑色液体；(3)按棕黑色液体∶丙酮∶异丙醇的体积比为1∶(1～2)∶(1～2)，向所述棕黑色液体中加入丙酮和异丙醇，搅拌10～20min，在6000～9000r/min条件下离心30～60min，去除上层清液，得到下层溶液；(4)按棕黑色液体∶无水乙醇的体积比为1∶(3～5)，在所述下层溶液中加入无水乙醇，搅拌10～20min，在6000～9000r/min条件下离心30～60min，得到上清液和下沉物，去除上清液，得到碳量子点溶液；...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁玲，周尽晖，彭泽泽，沈韦舟，雷付煜，曾艳，赵希然，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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