一种分步碳化高量子效率碳量子点及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种分步碳化高量子效率碳量子点的制备方法，包括苯二胺碳核的制备、碳核的提纯、苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点的制备和苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点的提纯。是荧光技术与纳米技术的交叉应用，通过苯二胺先碳化形成碳核，再用柠檬酸二次碳化的反应工艺，通过热裂解及碳化的方式合成的核壳性碳点，具有稳定性好、生物相容性高、荧光效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是生物材料的制备和应用，具体是以苯二胺与柠檬酸为原料经分步碳化得到荧光显影材料的制备方法，是材料学技术与荧光技术的交叉应用。
技术介绍
检测医学中，将荧光修饰物与待测物化学反应共价键键合，使待测物质在受到紫外光或蓝紫光照射时由基态转变为激发态而后恢复至基态时发出荧光，经由荧光显微镜、激光共聚焦显微镜、流式细胞仪等仪器检测，可达到定位、示踪、含量测定等目的。这一荧光标记技术是分子影像技术中重要的组成部分,在生物化学、免疫学、分子生物学、病理学和诊断学等方面得到了广泛运用，极大推动诸如癌症早期诊断，药物传输，病原体检测，诱导干细胞疗法，影像引导手术等新兴医疗技术的发展。随着科技的发展，荧光标记技术中所使用的荧光物质除了传统有机荧光化学物质之外，出现了新兴的纳米荧光材料。纳米荧光材料相较于传统化学荧光物质，有着其特有的优势：其更高的亮度和光稳定性，具备更优秀的溶剂分散性及生物相容性；其纳米尺度精确控制及粒子功能化手段日臻完善，荧光发射光谱在一定程度上实现可控，同时确保激发光谱宽且连续；其纳米尺度具有较大表面积，与其它分子上的化学基团形成共价键，连接诸如蛋白质、DNA等物质实现改性和功能化。纳米荧光材料种类诸多，碳纳米材料具有尺寸相关荧光性质[1]，被广泛应用于纳米荧光材料领域，包括：石墨烯[2]、碳纳米管[3]、富勒烯等具有sp2结构的碳材料。碳基量子点材料由于低毒性及高量子效率在近年得到了广泛关注，各种不同的有机物例如葡萄糖、柠檬酸、叶酸[4]等都可作为原料制备碳量子点。此外，制备方法也多种多样，主要分为两类：自上而下法和自下而上法，包括：电化学合成法[5]、水热/酸性氧化法[6]、微波法[7]，超声法[8]，激光烧蚀法以及等离子体处理法等等。在之前的研究中，科学工作者们发现利用表面钝化、元素掺杂及表面官能化等不同的方法可以有效地提高碳量子点的量子效率[9]。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术目的在于，提供一种分步碳化高量子效率碳量子点的制备方法。以苯二胺及柠檬酸为碳源，分次分步碳化制备高量子效率碳量子点材料的新型方法。本专利技术的再一目的在于：提供所述制备方法获得的一种分步碳化高量子效率碳量子点。一种分步碳化高量子效率碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）苯二胺碳核的制备：将不同结构苯二胺包括邻苯二胺、间苯二胺与对苯二胺分别按10mg/ml的比例加入无水乙醇中，在室温条件下避光搅拌，直至得到均匀的乙醇-苯二胺溶液，分别得到无色、灰蓝色、浅粉色的溶液；将溶液置于四氟乙烯水热反应釜中，溶液体积不超过反应釜的2/3，在密闭条件下高温180℃静置反应6h；待反应充分后，缓慢冷却至室温，最终得到黄色、灰黑色和红黑色的苯二胺碳量子点乙醇溶液；（2）碳核的提纯：将不同苯二胺的碳量子点乙醇溶液置于旋蒸仪器中，于一定温度下旋蒸至乙醇及水完全挥发，得到苯二胺碳量子点粗产物，向得到的油状粘稠液体中加入层析溶液，搅拌至油状液体均匀分散在层析溶剂之中，将所得溶液缓慢转移入硅胶层析柱之中，静置等待碳量子点粗产物由于溶液极性逐渐分层，通过紫外光检测确定碳点层所在位置，并采集碳点溶液，待采集完毕后，将所得到的碳量子点有机溶液通过旋蒸的方法去除其中的层析有机溶剂，随后向所得固体产物中加入纯水，将所得溶液冷冻干燥，得到最后所需的苯二胺碳核；（3）苯二胺-柠檬酸核壳碳量子点的制备：将第（2）步中得到的量子点按1mg/ml浓度溶于乙醇溶液中，在避光的条件下加入1:1的1mg/ml柠檬酸溶液搅拌至均匀，得到黄色、无色及红色溶液，将溶液置于四氟乙烯水热反应釜中，溶液体积不超过反应釜的2/3，在密闭条件下高温180℃静置反应6h；待反应充分后，缓慢冷却至室温，最终得到黄色、淡黄色及棕的苯二胺-柠檬酸核壳碳量子点溶液；（4）苯二胺-柠檬酸核壳碳量子点的提纯：将不同苯二胺-柠檬酸核壳碳量子点乙醇溶液置于旋蒸仪器中，于一定温度下旋蒸至乙醇及水完全挥发，得到碳量子点粗产物，向得到的油状粘稠液体中加入层析溶液，搅拌至油状液体均匀分散在层析溶剂之中，将所得溶液缓慢转移入硅胶层析柱之中，静置碳量子点粗产物逐渐分层，通过紫外光检测确定碳点层所在位置，并采集碳点溶液，待采集完毕后，将所得到的碳量子点有机溶液通过旋蒸的方法去除其中的层析有机溶剂，随后向所得固体产物中加入纯水，将所得溶液冷冻干燥，得到苯二胺-柠檬酸核壳碳量子点。一种分步碳化高量子效率碳量子点，其特征在于，根据上述方法制备得到；具有良好溶解性能及光学稳定性的，量子效率达到40%~60%，同时具有良好生物相容性，细胞存活率大于80%。本专利技术提供的碳量子点的荧光量子产率采用常规的参比法测定，即在相同激发条件下，分别测定待测荧光试样、已知量子产率的参比荧光标准物质的积分荧光强度和同一激发波长的入射光的吸收度，再将这些值代人下列公式：其中，Q和QR分别为待测物质和参比物质的荧光量子产率；I和IR分别为待测物质和参比物质的荧光积分强度；A和AR为待测物质和参比物质在该激发波长的入射光的吸收度；η和ηR分别为待测样品和标准样品的折射率。以硫酸奎宁作为参比物，经测定本专利技术提供的碳量子点荧光为40%~60%。本专利技术解决的技术问题是显影用碳量子点的合成制备问题，提供一种具有稳定性好、生物相容性高、荧光效率高的制备方法,通过分次分步碳化，改善原碳点荧光效率低的问题，工艺简单、成本低、易重复。本专利技术解决的技术问题是显影用碳量子点的合成制备工艺问题，通过分次分步碳化的方法，提供一种具有光学稳定性好、生物相容性高、荧光效率高的碳量子点材料制备方法,工艺简单、材料转化率高、易重复。本专利技术有如下优势：1、苯二胺碳核分步碳化法使得柠檬酸的碳化反应能够更加容易完全，提高了能源的利用效率，得到更高的量子点产率。2、该方法使用苯二胺及柠檬酸为碳量子点原料，原料简单易得，以水热法为高温碳化方法制备水溶性碳点荧光材料，操作简单，易于商业化。3、该分步碳化制备的碳点生物相容性良好，可应用于细胞及组织荧光成像。附图说明图1为实施例的制备方法流程。图2为实施例制备所得碳量子点的TEM照片。图3为实施例1中碳量子点的荧光光谱。图4为实施例2中碳量子点的荧光光谱。图5为实施例3中碳量子点的荧光光谱。图6为碳量子点显影所得的HEK293人胚肾细胞及U87mg脑胶质瘤细胞激光共聚焦照片。图7为碳量子点的HEK293人胚肾细胞及U87mg脑胶质瘤细胞毒性曲线。具体实施方式图1为实施例的制备方法流程。苯二胺-柠檬酸核壳型碳点的制备过程如附图所示，以下通过具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本专利技术的进一步说明，而不限制本专利技术的范围。实施例1：将邻苯二胺0.1g溶于10ml乙醇中避光于常温下搅拌，直至苯二胺固体全部溶解，得到均匀的溶液；置于50ml四氟乙烯反应釜中置于180摄氏度烘箱中放置6个小时。冷却至室温后，将所得溶液于45摄氏度旋蒸除去多余溶剂，向得到的油状液体中加入甲醇与二氯甲烷的混合溶剂搅拌均匀，将所得到的溶液缓慢滴加入硅胶柱中静置分离，通过紫外灯确定碳点位置，收集得到的碳点溶液，将碳点溶液再次旋蒸，去除其中的有机溶剂后，加入无水乙醇，即得到10mg/ml苯二胺碳量子点溶液。将0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分步碳化高量子效率碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）苯二胺碳核的制备：将不同结构苯二胺包括邻苯二胺、间苯二胺与对苯二胺分别按10mg/ml的比例加入无水乙醇中，在室温条件下避光搅拌，直至得到均匀的乙醇‑苯二胺溶液，分别得到无色、灰蓝色、浅粉色的溶液；将溶液置于四氟乙烯水热反应釜中，溶液体积不超过反应釜的2/3，在密闭条件下高温180℃静置反应6h；待反应充分后，缓慢冷却至室温，最终得到黄色、灰黑色和红黑色的苯二胺碳量子点乙醇溶液；（2）碳核的提纯：将不同苯二胺的碳量子点乙醇溶液置于旋蒸仪器中，于一定温度下旋蒸至乙醇及水完全挥发，得到苯二胺碳量子点粗产物，向得到的油状粘稠液体中加入层析溶液，搅拌至油状液体均匀分散在层析溶剂之中，将所得溶液缓慢转移入硅胶层析柱之中，静置等待碳量子点粗产物由于溶液极性逐渐分层，通过紫外光检测确定碳点层所在位置，并采集碳点溶液，待采集完毕后，将所得到的碳量子点有机溶液通过旋蒸的方法去除其中的层析有机溶剂，随后向所得固体产物中加入纯水，将所得溶液冷冻干燥，得到最后所需的苯二胺碳核；（3）苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点的制备：将第（2）步中得到的量子点按1mg/ml浓度溶于乙醇溶液中，在避光的条件下加入1:1的1mg/ml柠檬酸溶液搅拌至均匀，得到黄色、无色及红色溶液，将溶液置于四氟乙烯水热反应釜中，溶液体积不超过反应釜的2/3，在密闭条件下高温180℃静置反应6h；待反应充分后，缓慢冷却至室温，最终得到黄色、淡黄色及棕的苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点溶液；（4）苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点的提纯：将不同苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点乙醇溶液置于旋蒸仪器中，于一定温度下旋蒸至乙醇及水完全挥发，得到碳量子点粗产物，向得到的油状粘稠液体中加入层析溶液，搅拌至油状液体均匀分散在层析溶剂之中，将所得溶液缓慢转移入硅胶层析柱之中，静置碳量子点粗产物逐渐分层，通过紫外光检测确定碳点层所在位置，并采集碳点溶液，待采集完毕后，将所得到的碳量子点有机溶液通过旋蒸的方法去除其中的层析有机溶剂，随后向所得固体产物中加入纯水，将所得溶液冷冻干燥，得到苯二胺‑柠檬酸核壳碳量子点。...

【技术特征摘要】
1.一种分步碳化高量子效率碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）苯二胺碳核的制备：将不同结构苯二胺包括邻苯二胺、间苯二胺与对苯二胺分别按10mg/ml的比例加入无水乙醇中，在室温条件下避光搅拌，直至得到均匀的乙醇-苯二胺溶液，分别得到无色、灰蓝色、浅粉色的溶液；将溶液置于四氟乙烯水热反应釜中，溶液体积不超过反应釜的2/3，在密闭条件下高温180℃静置反应6h；待反应充分后，缓慢冷却至室温，最终得到黄色、灰黑色和红黑色的苯二胺碳量子点乙醇溶液；（2）碳核的提纯：将不同苯二胺的碳量子点乙醇溶液置于旋蒸仪器中，于一定温度下旋蒸至乙醇及水完全挥发，得到苯二胺碳量子点粗产物，向得到的油状粘稠液体中加入层析溶液，搅拌至油状液体均匀分散在层析溶剂之中，将所得溶液缓慢转移入硅胶层析柱之中，静置等待碳量子点粗产物由于溶液极性逐渐分层，通过紫外光检测确定碳点层所在位置，并采集碳点溶液，待采集完毕后，将所得到的碳量子点有机溶液通过旋蒸的方法去除其中的层析有机溶剂，随后向所得固体产物中加入纯水，将所得溶液冷冻干燥，得到最后所需的苯二胺碳核；（3）苯二胺-柠檬酸核壳碳量子点的制备：将第（2）步中得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，严一楠，姜杰，王萍，李士浩，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31