一种以艾草叶为碳源的碳量子点及其制备方法与应用技术

一种以艾草叶为碳源的碳量子点及其制备方法与应用，属于荧光碳纳米材料技术领域。具体制备过程如下：将艾草叶加入去离子水中，在一定温度下置于水热反应釜进行反应；待合成的产物自然冷却后进行离心分离，然后过滤；将过滤物真空冷冻干燥后得到艾草叶为碳源碳量子点的粉末。与其他碳量子点的制备方法相比，本发明专利技术操作简单，所需原料少且易得，无需其他表面钝化剂，其反应速度快，所制备的碳量子点具有较强的荧光和良好的生物相容性。该碳量子点可以进入细胞内并且均匀分布在A549细胞中，在宽波长范围下发出稳定荧光，对帮助人们了解动植物细胞状态具有重要意义，可用于生物成像和农业领域，在未来的生物领域和农业领域具有广阔的应用前景。

A Carbon Quantum Dot Using Artemisia argyi Leaves as Carbon Source and Its Preparation and Application

The invention relates to a carbon quantum dot with argyrophyll leaf as carbon source, a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of fluorescent carbon nanomaterials. The specific preparation process is as follows: the leaves of Artemisia argyi were added into deionized water and reacted in a hydrothermal reactor at a certain temperature; the synthesized products were naturally cooled and centrifugally separated, then filtered; after vacuum freeze-drying, the powder of carbon quantum dots with Artemisia argyi leaves as carbon source was obtained. Compared with the preparation method of other carbon quantum dots, the method has the advantages of simple operation, less raw materials and easy availability, no need of other surface passivators, fast reaction speed, strong fluorescence and good biocompatibility. The carbon quantum dots can enter cells and distribute evenly in A549 cells. They emit stable fluorescence in a wide wavelength range. It is of great significance to help people understand the state of animal and plant cells. They can be used in bioimaging and agriculture, and have broad application prospects in the future biological and agricultural fields.

【技术实现步骤摘要】
一种以艾草叶为碳源的碳量子点及其制备方法与应用
本专利技术属于荧光碳纳米材料
，具体涉及一种以艾草叶为碳源的碳量子点及其制备方法与应用。
技术介绍
碳点作为碳纳米材料家族中新的一员，碳点具有很多优越的荧光性质，如通过改变尺寸和激发波长可调控其荧光发射、耐光漂白、无光闪烁。碳元素是构成生物体所需的重要元素之一，由它构成的碳点本身生物毒性低，具有良好的环境友好性和生物相容性。此外，制备碳点的反应条件温和，步骤简单，原料丰富且廉价。碳点表面富含羧基、羟基等亲水基团，具有很好的水溶性。碳点的粒径一般在10nm以下，在和细胞的孵育过程中，碳点能够更容易、更快速的被细胞摄取。具有良好的生物相容性及低毒性的碳点，适用于生命科学研究。在农业领域，利用碳点的尺寸效应可被植物细胞摄取来有效杀菌和防虫。艾草叶(Artemisiaargyi)，又名香艾、艾蒿，为菊科蒿属多年生野生草本植物。艾草叶具有很高的药用价值，为我国传统中药，其主要化学成分有挥发油、桉叶烷、三萜类和黄酮类化合物，还含有多种微量元素。近年来，对艾草叶在药学、化学成分、药理作用、临床应用等方面的研究渐渐多起来。现代药理研究表明，艾草叶中的有效化学成分不但具有抗氧化、抗癌和调节免疫力、抗炎症和抑制病毒、抗凝血的功能，而且利用艾草叶提取物用于抑菌和防虫也有了大量研究。生物光学成像是指利用光学的探测手段结合光学探测分子对细胞或者组织甚至生物体进行成像，来获得其中的生物学信息的方法。科学工作者能通过生物光学成像图像来分析细胞或生物体特定区域的特征、状态，对疾病诊断和新的医疗手段的开发等方面具有重要的实践意义和应用前景。碳量子点可有效标记动植物细胞进行细胞荧光成像，帮助研究者进行细胞特征分析。但是目前公开的碳量子点的制备方法需要添加表面钝化剂，制备的碳量子点的水溶性、荧光性能以及生物相容性等综合性能较差，制备成本较高。
技术实现思路
解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种以艾草叶为碳源的碳量子点及其制备方法与应用，所述制备方法简单快速，不需要加入表面钝化剂，所制备碳量子点尺寸小，并且具有良好的水溶性、优越的荧光性能和良好的生物相容性等特点，可有效进行细胞荧光成像。技术方案：一种以艾草叶为碳源的碳量子点的制备方法，所述制备方法如下：步骤一.将艾草叶剪碎加入到水中，在180～220℃温度下反应10～14h；步骤二.待反应物冷却至10～25℃后进行离心分离，然后过滤；步骤三.将过滤物真空冷冻干燥后得到以艾草叶为碳源的碳量子点。作为优选，所述步骤一中艾草叶与水的比例为每0.1g艾草叶用水30～80mL。作为优选，所述步骤一中将艾草叶剪碎加入到水中时在10～25℃温度、转速为400～600r/min条件下搅拌20～40min。作为优选，所述步骤二中待反应物冷却至10～25℃后在转速为10000-12000r/min转速下进行离心分离10-15min。作为优选，所述步骤二中过滤时采用孔径为0.2-0.22μm的滤膜。作为优选，所述步骤三中冷冻干燥在温度为-60～-50℃，真空度为9～10Pa条件下处理10～22h。作为优选，所述碳量子点平均粒径为7～9nm，层间距为0.1～0.2nm，表面有羟基、羧基和氨基，最大激发波长与最大发射波长分别为375nm和470nm。所述以艾草叶为碳源的碳量子点在农业防虫和细胞荧光成像方面的应用。有益效果：(1)本专利技术使用艾草叶为碳源，不需要加入任何的表面钝化剂，一步就能制备艾草叶为碳源的高荧光碳量子点，简化了实验过程，提高了制备过程的效率。(2)本专利技术所制备碳量子点尺寸小，并且具有良好的水溶性、优越的荧光性能和良好的生物相容性等特点，给未来的碳量子点在生物和农业等领域的应用奠定了重要的理论基础。(3)本专利技术所制备的碳量子点可以进入细胞内且均匀分布在A549细胞中，具有极好的荧光性能和生物相容性，为了解动植物细胞状态提供了一种简便方法，可用于生物成像领域和农业领域。附图说明图1是实施例1的艾草叶为碳源的碳量子点的透射电镜图；图2是实施例1的艾草叶为碳源的碳量子点的粒径分布图；图3是实施例1的艾草叶为碳源的碳量子点XRD光谱图；图4是实施例1的艾草叶为碳源的碳量子点的激发和发射的谱图；图5是实施例1的艾草叶为碳源的碳量子点不同激发波长下的发射光谱图。图6是实施例1的艾草叶为碳源的碳量子点的紫外可见光谱图；图7是实施例1制备的以艾草叶为碳源的碳量子点溶液在自然光下以及紫外灯激发下状态图，图中(a)为制备的以艾草叶为碳源的碳量子点溶液在自然光下的状态图，(b)为制备的以艾草叶为碳源的碳量子点溶液在365nm紫外灯激发下的状态图；图8是实施例1制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的Zeta电位图；图9是实施例1制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的红外图；图10是实施例4中所述艾草叶为碳源的碳量子点的细胞荧光成像图，图中a为明场下的A549细胞，b为403nm光照射下的A549细胞，c为488nm光照射下的A549细胞，d为543nm光照射下的A549细胞。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例1以艾草叶为碳源碳量子点的制备：步骤1.称取0.1g的艾草叶剪碎置于100mL的干净烧杯中，加入30mL的去离子水，在20℃的条件下以600rpm搅拌20min，然后将搅拌后的混合液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在180℃下恒温加热10h。步骤2.反应结束后，将自然冷却至25℃的反应物置于离心机中以12000r/min的转速离心10min，然后用滤膜孔径为0.22μm的微孔滤头进行过滤得到澄清的碳量子点溶液。步骤3.将得到的澄清的碳量子点溶液进行真空冷冻干燥，其中温度为-50℃，时间为18h，真空度为10Pa，最终得到以艾草叶为碳源的荧光碳量子点粉末。参照图1，对制备的以艾草叶为碳源的碳量子点进行在透射电子显微镜下进行扫描，图中显示出本实施例制备的以艾草叶为碳源的碳量子点分散性良好、均一，没有团聚，形状似圆形。本实施例制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的粒径分布图参见图2，图中显示出本实施例中制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的平均粒径为8.02nm。本实施例制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的XRD光谱图参见图3，图中显示出本实施例中制备的以艾草叶为碳源的碳量子点在2θ＝24.6°处出现特征吸收峰，层间距大约是0.133nm，具有良好的晶体结构。本实施例制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的激发和发射的谱图参见图4，图中显示出本实施例中制备的以艾草叶为碳源的碳量子点的最大激发与发射波长为375nm和470nm。本实施例制备的以艾草叶为碳源的碳量子点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以艾草叶为碳源的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：步骤一.将艾草叶剪碎加入到水中，在180~220℃温度下反应10~14 h；步骤二.待反应物冷却至10~25℃后进行离心分离，然后过滤；步骤三.将过滤物真空冷冻干燥后得到以艾草叶为碳源的碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种以艾草叶为碳源的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：步骤一.将艾草叶剪碎加入到水中，在180~220℃温度下反应10~14h；步骤二.待反应物冷却至10~25℃后进行离心分离，然后过滤；步骤三.将过滤物真空冷冻干燥后得到以艾草叶为碳源的碳量子点。2.根据权利要求1所述的一种以艾草叶为碳源的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述步骤一中艾草叶与水的比例为每0.1g艾草叶用水30~80mL。3.根据权利要求1所述的一种以艾草叶为碳源的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述步骤一中将艾草叶剪碎加入到水中时在10~25℃温度、转速为400~600r/min条件下搅拌20~40min。4.根据权利要求1所述的一种以艾草叶为碳源的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述步骤二中待...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宁琳，沈健，张启成，吴凡，张明，孙宝宏，宋赛杰，楚晓红，王玉丽，池铖，袁平，王会秋，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32