一种基于壳寡糖‑微波辅助制备水溶性荧光碳点的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于壳寡糖‑微波辅助制备水溶性荧光碳点的方法，是针对荧光碳点制备操作复杂、分离难、产率低、粒径分布不均匀及稳定性差等情况而设计的。本法以壳寡糖为碳源，水为溶剂，醋酸为助溶剂，采用微波法制备，经醇沉分离、干燥制成荧光碳点粉体。本发明专利技术制备的荧光碳点水溶性好、荧光稳定、粒径分布均匀、纯度高；设备简单、操作方便，适合大规模生产，其产物在离子检测、生物成像和荧光材料等领域具有良好的应用前景。

A method of microwave assisted chitosan was prepared based on water soluble fluorescent carbon dots

The invention relates to a microwave assisted chitosan on preparation method of water-soluble fluorescent carbon dots, is designed for fluorescent carbon dots preparation of complex operation, difficult separation, low yield, particle size distribution is uneven and poor stability of the situation. In this method, chitosan was used as carbon source, water was used as solvent, acetic acid was used as assistant solvent, and was prepared by microwave method. Fluorescent carbon water prepared by the invention has good solubility, fluorescence stability, uniform particle size distribution and high purity; simple equipment, convenient operation, suitable for mass production, the product has a good application prospect in the field of ion detection, biological imaging and fluorescent materials etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用材料、纳米发光材料领域，具体设计一种基于壳寡糖-微波辅助制备水溶性荧光碳点的制备方法。
技术介绍
荧光碳点是一种新型的功能化纳米材料，其粒径一般小于10nm或接近激光波尔半径。与半导体量子点（如CdS量子点）和有机荧光染料分子相比，其基本骨架为碳，具有低细胞无毒、生物相容性好、易溶于水、荧光强度高且稳定性好、抗光漂白以及易功能化等优点，在发光材料、生物标记和成像，光电器件、生物传感器、光催化复合材料以及离子分析检测等领域均有广泛的应用。近年来，文献报道的荧光碳点的制备方法主要有两类：无机碳源法（如：电化学法、激光辅助法）和有机碳源法（高温碳化、浓酸碳化、模板法）。前者是基于从较大的碳结构上剥落或裂解成纳米级碳颗粒，此方法需要严格的实验条件或特殊的设备，制成的碳点粒径分布不均匀，且产率低。后者则是直接以有机物为原材料，以有机小分子或聚合物分子为前驱体碳化形成碳点，产率高且成本低，其常用方法包括水热合成法、化学合成法等。但是，通过此法合成的碳点分离难、荧光量子产率低，需要进一步表面修饰，严重制约了荧光碳点的实际应用。因此，选用优质有机碳源，开发产率高、操作简单和荧光产率高的新合成方法是目前荧光碳点的研究重点。根据现有文献报道，选取含有氮元素的有机碳源制备碳点可以提高其荧光量子产率。其中，壳聚糖是自然界中广泛存在的一种生物多糖，当壳聚糖通过适当的工艺降解后可以获得水溶性壳寡糖，其分子链上除碳元素外，还含有大量的氨基基团，它既可以作为合成碳点的有机碳源，还可以作为钝化剂。因此，本法选用壳寡糖为碳源，结合微波辅助技术，设计了一种操作简单、产率高、易分离、荧光产率优良的荧光碳点的制备方法，以制备出高品质的荧光碳点来满足实际的应用需求。
技术实现思路
本专利技术是针对现有荧光碳点制备方法操作复杂、分离难、产率低、粒径分布不均匀及稳定性差等问题，而设计的一种水溶性荧光碳点的制备方法。本专利技术以壳寡糖为碳源、水为溶剂、醋酸为助溶剂，采用微波辅助法合成水溶性荧光碳点粉末，以提高荧光碳点的纯度，扩大荧光碳点的使用范围。一种基于壳寡糖-微波辅助制备水溶性荧光碳点的制备方法，具体是按照以下步骤进行的。（1）溶液配制：选取优质的壳寡糖为碳源，其分子量为1200~2000；去离子水为溶剂，分析纯醋酸为助溶剂，溶液搅拌后获得壳寡糖水溶液。三种物质的物料比为：1：（10~30）：0.2（质量比）。（2）微波辅助制备：将（1）中获得的壳寡糖水溶液装入聚四氟乙烯消解罐中，密闭后置于微波消解仪中，反应功率：700~1600W，加热温度：120℃~180℃，加热时间：2~10min。（3）冷却：微波合成后，停止加热，自然冷却至室温。（4）醇沉与分离：开启聚四氟乙烯消解罐，将反应液倒入500mL的烧杯中，加入一定量的醇试剂（3-5倍原溶液，醇试剂为：甲醇、乙醇、异丙醇等，首选乙醇），自然醇沉过夜。通过离心分离后，取上层清液，获得荧光碳点水溶液。（5）干燥：取荧光碳点水溶液置于真空干燥箱中，进行干燥，干燥温度：50~80℃，干燥时间为12~24h，具体视干燥效果而定。真空干燥后为固体荧光碳点粉末。（6）表征：对获得的固体荧光碳点粉末进行表征，荧光性能的分析，用透射电子显微镜进行形貌的分析，用荧光光谱仪进行荧光性能的分析；结论：用此法制备的水溶性荧光碳点，其粒径≤5.0nm，荧光强度良好，水溶性99%。（7）储存：对制备的水溶性荧光碳点储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光保存。有益效果：本专利技术针对现有荧光碳点制备方法操作复杂、分离难、产率低、粒径分布不均匀及稳定性差的问题，利用壳寡糖为碳源、水为溶解、醋酸为助溶剂，采用微波辅助制备水溶性荧光碳点；此方法工艺简单、迅速快捷，获得的荧光碳点荧光强度稳定，基本上不发生“漂白”现象；荧光碳点粒径分布均匀，粒径在5.0nm左右，产物纯度高，水溶性好，是一种制备水溶性荧光碳点的良好方法；其产物在离子检测、生物成像，生物芯片和光电器件及荧光复合材料等领域具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施方式1中合成的荧光碳点溶液醇沉前的高分辨透射电镜（TEM）图。图2为本专利技术实施方式2中合成的荧光碳点溶液醇沉后的高分辨透射电镜（TEM）图。图3为本专利技术实施方式2中制备的荧光碳点的荧光光谱图；两条曲线为荧光碳点水溶液分别在285nm和380nm激发光条件下的荧光光谱图。图4为本专利技术实施方式3中制备的荧光碳点在氙灯照射下的荧光稳定性测试图。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术做进一步说明，但不局限于以下列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式1：取1.0g壳寡糖溶于15mL去离子水中，加入0.2mL的冰醋酸，磁力搅拌1h，使其充分溶解。将上述溶液装入50mL的聚四氟乙烯消解罐中，密闭后置于微波消解仪中进行消解，消解条件为：（1）温度：120℃，（2）功率：800W，（3）时间：6min；微波反应后，冷却至室温，取溶液进行透射电镜表征；详见图1，从图中可以看出，获得的荧光碳点表层包裹了一层物质，使其团聚在一起；碳点的粒径均匀，粒径为≤5nm。具体实施方式2：取1.0g壳寡糖溶于15mL去离子水中，加入0.2mL的冰醋酸，磁力搅拌1h，使其充分溶解。将上述溶液装入50mL的聚四氟乙烯消解罐中，密闭后置于微波消解仪中进行消解，消解条件为：（1）温度：120℃，（2）功率：800W，（3）时间：6min。微波反应后，冷却至室温；将获得的反应液倒入500mL的烧杯中，加入50mL的乙醇进行醇沉过夜，通过离心分离，转速：10000r/min，时间：10min；取上层清液进行透射电镜的表征；详见图2，通过醇沉后获得的荧光碳点，分布均匀，粒径也小于5nm，且分散性良好；表面未见其他物质，表明用醇沉后的荧光碳点纯度高，分散性好；同时将获得的溶液进行荧光光谱性能分析，详见图3；从图中可以看出，当激发光波长为285nm时，其荧光强度不高，大约为7500a.u.左右，最大发射波长为400nm；而当激发光波长增大到380nm后，其荧光强度大大提高，强度为17500a.u.左右，且最大发射波长也位移到了430nm，同其他文献中报道的荧光碳点发射波长一致。具体实施方式3：取2.0g壳寡糖溶于20mL去离子水中，加入0.4mL的冰醋酸，磁力搅拌1h，使其充分溶解；将上述溶液装入50mL的聚四氟乙烯消解罐中，密闭后置于微波消解仪中进行消解，消解条件为：（1）温度：120℃，（2）功率：1000W，（3）时间：6min；微波反应后，冷却至室温；将获得的反应液倒入500mL的烧杯中，加入60mL的乙醇进行醇沉过夜，通过离心分离，转速：10000r/min，时间：10min；获得上层清液；再通过真空干燥，干燥温度：80℃，干燥时间为24h，获得固体荧光碳点粉末，储存于棕色透明玻璃瓶中，待用。取少量制备的荧光碳点粉体在氙灯下照射，测定其荧光稳定性能，详见图4；从图中可以看出，随着照射时间的延长，碳点的荧光强度基本保持不变，没有发生“漂白”现象，实验表明：该方法制备的碳点荧光稳定性良好。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于壳寡糖‑微波辅助制备水溶性荧光碳点的方法，其特征在于，它包括如下具体步骤：（1）壳寡糖溶液的配置：将一定量的壳寡糖粉末溶解在去离子水中，加入少量的醋酸，室温下搅拌使其充分溶解，得到壳寡糖溶液；（2）微波辅助制备水溶性荧光碳点：取步骤（1）所得的壳寡糖溶液于聚四氟密闭反应罐中，微波加热2 ~ 10 min，待微波反应结束，冷却后取出反应产物；（3）荧光碳点后处理：将（2）所得的反应产物倒入烧杯中，加入一定量的醇溶液使其沉降过夜；离心分离后取上层溶液，将溶液置于冷冻箱中真空冷冻干燥24 h，获得固体荧光碳点粉末，储存于棕色器皿中，室温下，密闭避光保存。

【技术特征摘要】
1.一种基于壳寡糖-微波辅助制备水溶性荧光碳点的方法，其特征在于，它包括如下具体步骤：（1）壳寡糖溶液的配置：将一定量的壳寡糖粉末溶解在去离子水中，加入少量的醋酸，室温下搅拌使其充分溶解，得到壳寡糖溶液；（2）微波辅助制备水溶性荧光碳点：取步骤（1）所得的壳寡糖溶液于聚四氟密闭反应罐中，微波加热2~10min，待微波反应结束，冷却后取出反应产物；（3）荧光碳点后处理：将（2）所得的反应产物倒入烧杯中，加入一定量的醇溶液使其沉降过夜；离心分离后取上层溶液，将溶液置于冷冻箱中真空冷冻干燥24h，获得固体荧光碳点粉末，储存于棕色器皿中，室温下，密闭避光保存。2.根据权利要求1所述的一种基于壳寡糖-微波辅助制备水溶性荧光碳点的方法，其特征在于，步骤（1）中，壳寡糖固体粉末、水和醋酸的质量比为1:(10~30)：0.2。3.根据权利要求1所述的一种基于壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，张玲帆，姚建磊，冯旭阳，唐博，朱杰，冯岩，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31