一种碳点及其阵列的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳点及其阵列的制备方法。使用激光照射纳米金高分子膜，使纳米金通过表面等离子共振升温并破坏周边的高分子结构，形成碳点。本发明专利技术的方法，操作简单，制备成功率可达100%，制得的碳点在220～550nm范围光激发下发出强烈的荧光；可以制备得到各种排列的碳点阵列碳点可，且可以通过调节激光照射时间、功率，控制碳点的大小，从而控制碳点的荧光强度；制得的碳点阵列可以形成隐形荧光阵列，可实现加密信息传输。同时，也可以利用待检测离子或分子对该荧光的猝灭特性，实现这些离子或分子的微量检测。

Carbon point and preparation method of array thereof

The invention discloses a method for preparing carbon dots and arrays thereof. The gold nanoparticles were irradiated with laser beams to make the gold nanoparticles warm up by surface plasmon resonance and destroy the surrounding polymer structures to form carbon dots. The operation method of the invention has the advantages of simple preparation, the success rate can reach 100%, the prepared carbon dots emit strong fluorescence in the range of 220 to 550nm light excitation; can be prepared by carbon carbon can be arranged in a variety of array, and can adjust the laser irradiation time and power, the control of carbon point size, fluorescence in order to control the intensity of carbon dots; carbon dot arrays prepared can form invisible fluorescent array, can realize the encryption of information transmission. At the same time, the detection of these ions or molecules can be used to detect the fluorescence of these ions and to realize the micro detection of these ions or molecules.

【技术实现步骤摘要】
一种碳点及其阵列的制备方法
本专利技术涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种碳纳米点及其阵列的制备方法。
技术介绍
碳点（碳纳米点）是一种近似球型且直径≤10nm的零维半导体纳米晶体，由极少分子或是以碳原子为主组成的纳米团簇，吸收峰很宽，覆盖紫外～可见光区。更为重要的是，碳点的生物相容性好，表面基团功能化容易，对众多阴阳离子、分子存在敏感的荧光响应(表现为碳点荧光猝灭或增强）而用于这些离子、分子的超低限检测，因此，自2004年由Xu等（XuXY，RayR，GuYL，PloehnHJ，GearheartL，PakerK，ScrivensWA,J.Am．Chem．Soc．，2004，126:12736．）报道以来，引起世界众多科学家强烈关注。碳纳米点从发现至今已发展出许多合成方法大致可以分为两类：自上而下法和自下而上法。自上而下法是指通过化学或物理方法将碳纳米点从大尺寸的碳结构材料上剥离下来的方法，包括激光销蚀法、电化学法、弧光放电法、水热切割法等。自下而上法则是通过化学合成的手段，将小分子碳前驱体聚集变大从而合成纳米点的方法，包括热分解法、微波辅助法、超声波辅助法、水热合成法、模板法、反胶束法等。现有方法制备得到的碳点，普遍为分散形式的碳点，或不规则分散于固体中形式存在，难以制备成为规则分布的碳点阵列。自80年代中期提出基因芯片(genechip)构造原型以来，基因芯片的研究与应用取得了重要进展，多种用于不同领域的基因芯片进人商业市场。其中，杂交测序方法成为基因芯片主要的测序原理，即通过大量（通常每平方厘米点阵密度高于400）固定到固相支持物上的已知序列的核酸包括寡核苷酸或短寡肽等与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息，包括基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序等。基因芯片中的这些点阵是通过微加工技术，包括原位合成（insitusynthesis）与合成点样两种。将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列。原位合成法中的光引导聚合技术（Light-directedsynthesis）点阵密度达到1010/cm2；点阵密度可以达到400/cm2，后者则可达到2500/cm2与计算机的电子芯片十分相似，所以被称为基因芯片。即便如此，离2μm间隔、1μm荧光点宽度（即每3μm为荧光阵列周期）或>5000/cm2的荧光阵列目标，也远未达到。另一方面，现有基因芯片的DNA检测方法中大量采用荧光识别，由于单分子DNA荧光极弱，采用共聚焦激光显微成像设备观察记录是唯一选择，这种设备价格高昂（超过200万RMB），使用成本高，不利于大量推广。寻找相对简单、设备配置不高但荧光强度大的荧光芯片成为科学家研究的重要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳纳米点及其阵列的制备方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种碳点的制备方法，包括使用激光照射纳米金高分子膜，使纳米金通过表面等离子共振升温并破坏周边的高分子结构，形成碳点。作为上述制备方法的进一步改进，纳米金高分子膜中，纳米金的光学密度不低于8，或纳米金的质量百分含量不低于0.016%。作为上述制备方法的进一步改进，纳米金为金纳米颗粒、金纳米棒、星形、三角形、核壳结构型纳米金。作为上述制备方法的进一步改进，纳米金高分子膜中的高分子为具有支链的高分子。作为上述制备方法的进一步改进，纳米金高分子膜中的高分子为选自PVA、PMMA、PS、PA中的至少一种。作为上述制备方法的进一步改进，激光的功率1～20mW。作为上述制备方法的进一步改进，激光按顺序在纳米金高分子膜上照射，形成碳点阵列。激光的照射时间为0.01～100s。一种基于碳点的荧光芯片，其制备方法包括如下步骤：1)按上述的方法制备得到含有碳点高分子膜；2)对碳点进行表面修饰，得到荧光芯片。作为上述荧光芯片的进一步改进，对得到的荧光芯片进行二次激光照射，再次形成碳点，根据需要对碳点进行修饰。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法，操作简单，制备成功率可达100%，制得的碳点在220～550nm范围光激发下发出强烈的荧光。本专利技术的方法，可以制备得到各种排列的碳点阵列碳点可，且可以通过调节激光照射时间、功率，控制碳点的大小，从而控制碳点的荧光强度。本专利技术方法制备得到的碳点阵列，可以形成隐形荧光阵列，故可实现加密信息传输。同时，也可以利用待检测离子或分子对该荧光的猝灭特性，实现这些离子或分子的微量检测。附图说明图1是GNP－PVA分散液为OD＝24（纳米金含量约0.08%）时制备的4个GNP－PVA膜样品（上）、GNR－PVA分散液为OD＝12（纳米金含量约0.024%）时制备的1个GNR－PVA膜样品（下）的消光谱；图2（A～E）给出了不同加工参数得到的碳荧光阵列不同波长激发时的照片；其中，A）为400nm激光作用后的卤素灯照射下的AndorCCD照片；B)为高压Hg灯365nm激发下AndorCCD照片；C）和D）分别为高压Hg灯365nm和436nm激发下的照片；图3（A～D）给出了不同加工参数得到的碳荧光阵列受高压汞灯365nm波长激发时的光谱，为了便于比较，图3A、B（origin）还分别给出了未激光辐照时的微弱荧光表现；图4给出了表1编号26加工后碳荧光（洞）阵列的SEM（a）、碳元素C分布图（b）；图5是5.5mW、曝光时间200ms、间隔2um、532nm飞秒激光加工写“scnu”后GNP－PVA膜(a)用Hg灯365nm（b）、435nm（c）、546nm（d）激发光照射采集的照片；图66mW、曝光时间25、50、100、150、200ms，间隔2μm，770nm激光加工GNR－PVA（用OD＝8、λabs＝770nm、纳米金含量约0.016%GNR－PVA分散液制成）膜得到的碳点阵列荧光光谱；图7功率5mW、770nm飞秒激光加工GNR－PVA膜（纳米金含量约0.016%、光学密度为8的PVA－GNR分散液制成），曝光时间30s所得碳荧光阵列对微量铜离子响应情况；激发波长为365nm的前后照片（A）（左、右）、前后光谱（B）；图8给出了5mW、880nm、曝光时间20秒飞秒激光分别加工纯PVA、光学密度为8的PVA－GNR（λabs＝880nm）分散液（纳米金含量约0.016%）制成的膜的荧光光谱图（激发波长436nm）；图9给出了12.5mW、532nm、曝光时间10秒飞秒激光加工前后纯PVA膜的荧光光谱图（激发波长365nm）；图10给出了添加不同光学密度纳米金－PVA分散液（OD为2、6、12、18的GNP－PVA分散液中纳米金含量分别约为0.0067%、0.02%、0.04%、0.06%）制备的PVA－GNP膜经8mW、532nm、曝光时间2秒连续激光加工后365nm激发所得的荧光光谱。具体实施方式纳米金，包括但不限于金纳米颗粒、金纳米棒、星形、三角形、核壳结构型纳米金，在特定波长激光的照射下，会产生表面等离子共振，产生一定的荧光。专利技术人进一步研究发现，纳米金高分子膜中的纳米金达到一定浓度后，通过激光照射使纳米金产生表面等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳点的制备方法，包括使用激光照射纳米金高分子膜，使纳米金通过表面等离子共振升温并破坏周边的高分子结构，形成碳点。

【技术特征摘要】
1.一种碳点的制备方法，包括使用激光照射纳米金高分子膜，使纳米金通过表面等离子共振升温并破坏周边的高分子结构，形成碳点。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：纳米金高分子膜中，纳米金的光学密度不低于8，或纳米金的质量百分含量不低于0.016%。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：纳米金为金纳米颗粒、金纳米棒、星形、三角形、核壳结构型纳米金。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：纳米金高分子膜中的高分子为具有支链的高分子。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：激光的功率1～20mW。6.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：铁绍龙，兰胜，刘海英，路广，何瑾，
申请(专利权)人：广州珂纳偲生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44