一种二氧化硅‑荧光碳点纳米粒子、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种二氧化硅‑荧光碳点复合纳米粒子的制备方法及其应用，本发明专利技术以葡萄糖为碳源、正硅酸乙酯为硅源，在乙二胺催化下通过共缩聚制备得到荧光可调的二氧化硅‑荧光碳点复合纳米粒子。该方法操作简便、反应条件温和，通过一步法即可原位合成得到二氧化硅‑荧光碳点复合纳米粒子；且反应产率高，可用于大批量生产复合纳米粒子。制备得到复合纳米粒子粒径均一、形貌规整、荧光性质稳定、发射波长可调且不具有激发依赖性。

A silica fluorescent carbon dots nanoparticles, preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of nano material preparation, preparation and application of silica in particular relates to a method for fluorescent carbon dots composite nanoparticles, the invention using glucose as carbon source and TEOS as silicon source and ethylenediamine catalyzed by CO condensation in the prepared fluorescent tunable silica fluorescent carbon nanoparticles. This method has the advantages of simple operation, mild reaction conditions, can be obtained by the one-step in situ synthesis of fluorescent carbon dots silica composite nanoparticles; and the reaction yield is high, can be used for the production of nanoparticles in large quantities. The composite nanoparticles have uniform particle size, regular morphology, stable fluorescence properties, adjustable emission wavelength and no excitation dependence.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子、制备方法及其应用
本专利技术属于发光材料和纳米材料
，具体涉及一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子、制备方法及其应用。背景介绍碳点作为近年来兴起的一种新型荧光碳纳米材料，因具有低毒，生物相容性好，荧光稳定性强，激发和发射波长可调控，耐光漂白，无光闪烁，易于大规模合成及功能化修饰等无可比拟的优势，成为荧光纳米材料中一个新的研究热点，在生物和医药领域都具有广阔的应用前景。碳点的荧光具有荧光素或者半导体量子点都不具备的一个特性，那就是对激发波长的依赖性，即碳点的荧光波长随着激发波长的增加而红移。一般碳点在365nm紫外灯照射下，发出蓝色的荧光。但由于紫外光激发对生物体损伤较大，且碳点作为荧光标记时发出的蓝色荧光易受杂质干扰，大大限制了其生物成像应用。所以，通过调控碳点的荧光开发出发射波长更长的新型荧光碳点显得尤为重要。二氧化硅纳米粒子是一种生物相容性良好、易官能化、无毒、尺寸在数十纳米到微米级可控、并且结构稳定的纳米材料。在1968年，由首先合成。此后，二氧化硅纳米粒子由于在催化、检测分析和生物医药领域的重要应用，而受到广泛和深入的研究。以二氧化硅纳米粒子为基本建筑平台和碳点进行复合，通过二氧化硅的限制作用，可以调控碳点的荧光及其激发依赖行为，对设计开发多功能复合荧光纳米粒子具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提出了一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子、制备方法及其应用，通过控制反应中催化剂的加入量可有效调控二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的荧光发射波长，制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子可应用于细胞荧光成像。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案包括：一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，包括二氧化硅纳米硅球，二氧化硅纳米硅球上有荧光碳点，荧光碳点的荧光发射峰为550～518nm，二氧化硅纳米硅球的粒径为110～210nm。具体的，所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备原料包括葡萄糖和正硅酸乙酯，制备方法为共缩聚。更具体的，二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备包括以葡萄糖为碳源，正硅酸乙酯为硅源，在乙二胺催化下通过共缩聚制备得到。一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备方法，包括以葡萄糖为碳源，正硅酸乙酯为硅源，在乙二胺催化下通过共缩聚制备得到。具体的，碳源与硅源的用量比为1g/3mL，碳源与乙二胺的用量比为1g/0.2～2mL。更具体的，葡萄糖经水溶解后再与无水乙醇和催化剂混合得到混合溶液，混合溶液在40℃下反应0.5h再加入正硅酸乙酯继续反应3h，然后再在80℃下反应3小时后即得二氧化硅-荧光碳点纳米粒子。所述的水和无水乙醇的用量比为0.02～0.06。任一权利要求所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子用于细胞荧光成像的应用。任一权利要求所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备方法制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子用于细胞荧光成像的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术反应条件温和、操作步骤简单、重复性高，实现了一步法制备二氧化硅-荧光碳点纳米粒子；(2)由本专利技术制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子形貌规则、粒径均一，与传统的碳点相比，具有明亮的荧光，而且其荧光发射峰可随着催化剂乙二胺的加入量增加从550nm调节至518nm；(3)通过二氧化硅的限制作用，碳点的荧光的激发依赖行为被消除，而当二氧化硅被刻蚀除去后，碳点的这种激发依赖性又可以重新恢复。制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子可应用于细胞荧光成像附图说明图1是实施例1制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的透射电镜照片；图2是实施例1制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的荧光发射谱图；插入图为碳点样品水溶液在365nm紫外光照下的照片；图3是实施例1制备得到的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的激光共聚焦显微镜(a)明场照片和(b)暗场照片；以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。具体实施方式以下实施例是对本专利技术作进一步阐述，用于向相关领域和行业的技术人员展示专利技术人已知的使用本专利技术的最佳实施方式，但并不限制本专利技术的内容及范围。因此，在权利要求书及其等同物的范围内，可以通过与以下具体描述不同的方式实施本专利技术。实施例1：首先称取0.5g葡萄糖，加入3mL去离子水，置于三口瓶中超声溶解，待葡萄糖溶解形成无色透明的溶液后，再加入50mL无水乙醇和0.1mL乙二胺。然后将三口瓶置于40℃恒温油浴中，200rpm机械搅拌。0.5小时后，加入1.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3小时。反应体系逐渐由澄清透明变为白色的乳状液。然后，升高油浴温度80℃，保持反应液回流。3小时后，反应液由白色转变为黄色。离心分离碳点/二氧化硅复合纳米粒子，并用去离子水洗三次；得到粒径为168nm，荧光发射波长为550nm的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子(见图1和图2)。实施例2：首先称取0.5g葡萄糖，加入3mL去离子水，置于三口瓶中超声溶解，待葡萄糖溶解形成无色透明的溶液后，再加入50mL无水乙醇和0.25mL乙二胺。然后将三口瓶置于40℃恒温油浴中，200rpm机械搅拌。0.5小时后，加入1.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3小时。反应体系逐渐由澄清透明变为白色的乳状液。然后，升高油浴温度80℃，保持反应液回流。3小时后，反应液由白色转变为黄色。离心分离二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，并用去离子水洗三次；得到粒径为178nm，荧光发射波长为534nm的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子。实施例3：首先称取0.5g葡萄糖，加入3mL去离子水，置于三口瓶中超声溶解，待葡萄糖溶解形成无色透明的溶液后，再加入50mL无水乙醇和1.0mL乙二胺。然后将三口瓶置于40℃恒温油浴中，200rpm机械搅拌。0.5小时后，加入1.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3小时。反应体系逐渐由澄清透明变为白色的乳状液。然后，升高油浴温度80℃，保持反应液回流。3小时后，反应液由白色转变为黄色。离心分离二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，并用去离子水洗三次；得到粒径为210nm，荧光发射波长为518nm的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子。实施例4：首先称取0.5g葡萄糖，加入1mL去离子水，置于三口瓶中超声溶解，待葡萄糖溶解形成无色透明的溶液后，再加入50mL无水乙醇和0.25mL乙二胺。然后将三口瓶置于40℃恒温油浴中，200rpm机械搅拌。0.5小时后，加入1.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3小时。反应体系逐渐由澄清透明变为白色的乳状液。然后，升高油浴温度80℃，保持反应液回流。3小时后，反应液由白色转变为黄色。离心分离二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，并用去离子水洗三次；得到粒径为110nm的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子。实施例5：将人体宫颈癌细胞(Hela细胞)以1×105细胞/孔的密度接种到φ35mm的玻底培养皿里，在37℃，含有5％CO2的湿润空气氛围下培养；待细胞紧密粘附于培养板壁后，弃去培养液，然后，往每孔里加入浓度为50μg/mL的实例1中制得的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子培养4h，用新鲜的磷酸缓冲溶液反复多次冲洗细胞。利用激光共聚焦显微镜观察二氧化硅-荧光碳点纳米粒子在细胞内的荧光成像能力，激发波长为405nm，样品采集的荧光波长范围为450-500nm，观察到二氧化硅-荧光碳点纳米粒子标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅‑荧光碳点纳米粒子，其特征在于，包括二氧化硅纳米硅球，二氧化硅纳米硅球上有荧光碳点，荧光碳点的荧光发射峰为550～518nm，二氧化硅纳米硅球的粒径为110～210nm。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，其特征在于，包括二氧化硅纳米硅球，二氧化硅纳米硅球上有荧光碳点，荧光碳点的荧光发射峰为550～518nm，二氧化硅纳米硅球的粒径为110～210nm。2.如权利要求1所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，其特征在于，所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备原料包括葡萄糖和正硅酸乙酯，制备方法为共缩聚。3.如权利要求1所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子，其特征在于，二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备包括以葡萄糖为碳源，正硅酸乙酯为硅源，在乙二胺催化下通过共缩聚制备得到。4.一种二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以葡萄糖为碳源，正硅酸乙酯为硅源，在乙二胺催化下通过共缩聚制备得到。5.如权利要求4所述的二氧化硅-荧光碳点纳米粒子的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野菲，冉志鹏，周健，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61