一种石墨炔量子点的制备方法及其制备的量子点和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨炔量子点的制备方法及其制备的量子点和应用，该石墨炔量子点是通过一步水热法制备，包括以下步骤：将石墨炔溶于水中，进行超声处理获得溶液A；超声后直接转移至反应釜水热处理得到溶液B；水热反应后的溶液B进行透析，透析液冷冻干燥，即可得到石墨炔量子点GDQDs。本发明专利技术的石墨炔量子点制备方法简单、成本低，最佳激发波长为347nm，此时最大荧光发射峰位于430nm处，且具有蓝色荧光，同时具有良好的水溶性和生物相容性，可以用于活细胞的荧光检测和成像领域。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨炔量子点的制备方法及其制备的量子点和应用
本专利技术属于纳米材料制备，具体涉及一种石墨炔量子点的制备方法及其制备的量子点和应用。
技术介绍
量子点是一种准零维的纳米材料，由于其尺寸小和独特的电子结构而引起的量子限域效应，赋予了量子点荧光寿命长、光学稳定性好、生物相容性好等优点，从而使其在光电材料、纳米生物医学等领域有着广阔的应用前景。目前，主要被开发的是无机量子点和碳点，其中，常见的无机量子点主要由包含IV、II-VI，IV-VI或III-V元素的溶液通过化学溶液生长法形成。而碳点(包括碳量子点和石墨烯量子点)主要是通过自上而下和自下而上两种方法合成的，其中，自上而下的方法是通过将大量的碳源(例如石墨，石墨烯或碳纤维)直接剥落成纳米级碳点，然后进行表面处理来实现的，具体的有电弧放电法、激光烧蚀/照射法、电化学法、化学剥离法等；与自上而下的剥离方法不同，自下而上的方法主要是从包含碳元素的小分子(如葡萄糖、柠檬酸等)或多环芳香族化合物或其他芳香分子结构(如富勒烯)来合成石墨烯量子点，具体的有热裂解法、水热法、溶液化学法、微波法和基于锚定/支持/MOF模板的方法。活细胞及胞内生物功能分子的荧光成像和追踪对于深入了解和阐释疾病发生发展的机理以及治疗过程监测和术后疗效评估具有重要作用。目前用于成像的荧光物质主要有：荧光蛋白、有机荧光小分子包括商业化的荧光基团、聚合物点、量子点等。其中量子点特别是碳点由于其直径小、荧光峰窄、光稳定性好、生物毒性低的特点具有取代有机染料用于活细胞及细胞内生物功能分子荧光成像的潜力，因此开发用于荧光成像的碳点已经成为一个研究热点。石墨炔(GDY)作为一类新的碳同素异形体自被发现并合成以来被广泛应用。但是石墨炔量子点GDQDs作为GDY和氧化石墨炔(GDYO)的衍生物，目前的制备方法还比较局限，特别是在自下而上方法合成方面，由于用于最终生成炔键的前躯体有限，目前主要是通过自上而下方法来合成石墨炔量子点。但是该方法首先需要对石墨炔进行强氧化、离心、透析；再进行超声、水热、二次透析才能获得。导致制备过程复杂，制备周期长，同时也会降低产率，因此有待进一步地开发出较为简便有效、周期短的制备方法来替代现有方法，从而推进碳点在活细胞荧光成像中的商业化过程。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种简单的制备石墨炔量子点GDQDs的方法，该制备方法主要涉及超声后直接采用水热法，其制作工艺简单、成本低适于扩大化生产。本专利技术还提供了所述制备方法所制备的石墨炔量子点及其应用。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种石墨炔量子点(GDQDs)的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨炔溶于水中，进行超声处理获得溶液A，为深棕褐色溶液；(2)将溶液A进行转移至反应釜水热处理得到溶液B，为均一淡黄色溶液；(3)水热反应后的溶液B进行透析，透析液冷冻干燥，即可得到石墨炔量子点GDQDs。其中，步骤(1)中所述石墨炔溶于水中石墨炔浓度为1-2mg/mL，超声时间为1-2h，超声功率为400-600W。通过预超声得到碎片化小尺寸的GDY，以利于后面处理得到尺寸均一的量子点，缩短后期超声混合的时间以及降低水热处理的条件温度和时间。其中，步骤(2)所述反应釜中水热的温度为150-160℃，时间为3-6h。作为优选，反应釜中水热的温度为160℃，时间为4-5h。其中，步骤(4)中透析袋的截留分子量为500Da，透析1-2天。本专利技术所述的石墨炔量子点的制备方法所制备的石墨炔量子点。其中，所述量子点粒径为1.5-5nm，平均粒径2.5nm，具有0.36nm的晶格间距。本专利技术所述的石墨炔量子点在制备细胞的荧光检测和成像试剂中的应用。本专利技术中所述GDY参照文献(Architectureofgraphdiynenanoscalefilms.GuoxingLi,YuliangLi,HuibiaoLiu,YanbingGuo,YongjunLi,DaobenZhu.Chem.Commun.,2010,46,3256-3258)合成，进行超声处理，得到小尺寸碎片化的GDY，接着直接将超声后的GDY通过简单的一步水热法获得GDQDs。所制备的GDQDs尺寸均一，具有良好的光稳定性，水溶性和生物相容性。本专利技术的量子点制备方法简单、成本低，最佳激发波长为347nm，此时最大荧光发射峰位于430nm处，且具有蓝色荧光，可以用于活细胞的荧光检测和成像领域。本专利技术使用的石墨炔GDY为石墨二炔，通过简单的超声最初的GDY进行氧化破碎，降低GDY的尺寸，直接进行一步水热法即可制备出尺寸均一的石墨炔量子点，极大地缩短了制备周期。而现有技术主要是通过化学氧化(需要24h)的方法来获得的小尺寸GDY，并且需要透析(至少3天)将氧化后没有反应的小分子透析出去。而本专利技术通过预超声破碎(当天就可以获得)来获得较小尺寸前体的，属于物理破坏，不需要透析，因此在这一步就极大地缩短了获得较小尺寸GDY前体的时间。通过超声得到尺寸较小的石墨炔水溶液，接着通过水热进一步得到尺寸均一、晶格间距为0.36nm的石墨炔量子点。本专利技术虽然也属于自上而下的石墨炔量子点的合成方法，但是相比于目前的自上而下的合成方法而言，本专利技术明显缩短了制备周期。本专利技术中的将石墨炔GDY的预超声对整个实验过程非常关键。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、整个GDQDs制备方法简单有效，制备周期短，产率高，有效减少了时间和成本，通过对小尺寸GDY进一步超声、水热、透析即可得到。2、制备的GDQDs具有均一的尺寸、晶格间距为0.36nm，良好的光稳定性及生物相容性，并且荧光强度高，对于促进GDQDs及改性后的GDQDs在纳米生物医学中的应用具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的小尺寸GDY透射电镜图；图2为本专利技术的GDQDs的透射电镜图；图3为本专利技术的GDQDs的荧光光谱图；图4为本专利技术的GDQDs的光稳定性图；图5为本专利技术的GDQDs对Hela细胞的毒性分析结果；图6为本专利技术的GDQDs对Hela细胞进行荧光成像图；图7为本专利技术的未预超声破碎的GDY直接水热后所得产品的透射电镜图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1将20mLGDY(1mg/mL)水溶液400W超声处理2h，得到碎片化小尺寸的GDY溶液(图1)，取所得5mLGDY溶液1转移至反应釜中160℃，水热5h，冷却至室温后将所得溶液于500Da截留分子量透析袋中透析1天，每隔8h换一次水，透析液冷冻干燥，重悬于水得到GDQDs(终浓度0.5mg/mL)。实施例2实施例1制备的GDQDs的透射电镜照片如图2所示，实验得到了尺寸均一的GD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨炔量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将石墨炔溶于水中，进行超声处理获得溶液A；/n(2)超声后溶液A直接转移至反应釜水热处理得到溶液B；/n(3)水热反应后的溶液B进行透析，透析液冷冻干燥，即可得到石墨炔量子点GDQDs。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨炔量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石墨炔溶于水中，进行超声处理获得溶液A；
(2)超声后溶液A直接转移至反应釜水热处理得到溶液B；
(3)水热反应后的溶液B进行透析，透析液冷冻干燥，即可得到石墨炔量子点GDQDs。


2.根据权利要求1所述的石墨炔量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述石墨炔GDY溶于水中石墨炔的浓度为1-2mg/mL。


3.根据权利要求1所述的石墨炔量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述超声时间为1-2h，超声功率为400-600W。


4.根据权利要求1所述的石墨炔量子点的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应釜中水热...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡称心，乔玲，胡耀娟，周家兴，潘永慧，吴萍，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32