一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用，涉及碳纳米材料技术领域。通过以柠檬酸和尿素与甲酸为原料通过一步溶剂热法合成高效的红光发射碳纳米点，无需复杂的纯化程序，制备得到的碳纳米点表面有强的吸电子结构，使红光发射碳纳米点有高荧光量子效率的红色发射。制备得到的碳纳米点可以和白蛋白形成复合材料，在水溶液中具备较高的荧光量子产率，并具有明显增强的单光子下转换和多光子上转换荧光，可以在生物成像、生物医疗中得到应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及碳纳米材料
，具体而言，涉及一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]碳纳米点是一种零维的碳质纳米材料，具有超小的尺寸(通常小于10纳米)，且合成方法简单、易于表面功能化，还具备低毒性、生物相容性好和出色的发光特性等优点，已经吸引了大量的研究，特别是在生物成像和生物医学领域。非侵入性的体内荧光成像要求在650
‑
1450纳米的红色至近红外范围内有一个理想的工作光谱窗口。因此，在水溶液中具有强烈的红色至近红外区域发射的碳纳米点具有广阔的应用前景。
[0003]目前，已报道的碳纳米点的吸收和发射光谱主要分布在蓝光和绿光区域，荧光量子产率能达到60％以上，而高效的红光发射碳纳米点仍然非常稀少。已报道的红光碳纳米点通常需要通过繁琐的步骤和复杂的提纯才能制备，而且其在水中的红色发射通常很弱，仅在有机溶液中能实现高效红光发射，这大大阻碍了它们在体内生物成像和生物医学领域中的应用。
[0004]可见，现有的制备红光发射碳纳米点的方法普遍存在以下问题：(1)制备方法繁琐、工艺要求高，不易实现大批量生产；(2)制备得到的红色发光碳纳米点结构稳定性差，且发光性能差。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种红光发射碳纳米点的制备方法，其可以通过一步溶剂热法合成红光发射碳纳米点，工艺简便易行。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种红光发射碳纳米点，其具有较高的荧光量子效率。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种碳纳米点复合材料及其制备方法，该复合材料在水溶液中有较高的荧光量子产率，并具有明显增强的单光子下转换和多光子上转换荧光。
[0009]本专利技术的第四目的在于提供上述碳纳米点复合材料在生物成像中的应用。
[0010]本专利技术是这样实现的：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种红光发射碳纳米点的制备方法，包括：将柠檬酸和尿素与甲酸混合进行溶剂热反应。
[0012]在可选的实施方式中，柠檬酸和尿素的质量比为1:1
‑
4；优选为1:2
‑
3；
[0013]优选地，甲酸的加入量是控制柠檬酸和尿素在混合溶液中的总浓度为0.05
‑
0.5g/mL。
[0014]在可选的实施方式中，溶剂热反应的温度为150
‑
200℃，反应时间为4
‑
6h；
[0015]优选地，溶剂热反应的温度为160
‑
170℃，反应时间为4
‑
4.5h；
[0016]在可选的实施方式中，还包括：在溶剂热反应之后进行离心分离，将得到的固体进行干燥；
[0017]优选地，采用冷冻干燥的方式进行干燥。
[0018]在可选的实施方式中，离心分离是在溶剂热反应之后的体系中加入能促使碳点析出的且与水互溶的有机溶剂，然后进行离心析出固体；
[0019]优选地，有机溶剂为无水乙醇；
[0020]优选地，有机溶剂的用量与反应后溶液的体积之比为1
‑
4:1；
[0021]优选地，离心的过程分为多次进行；更优选地，离心次数为2
‑
4次。
[0022]第二方面，本专利技术提供一种红光发射碳纳米点，通过前述实施方式中任一项的制备方法制备而得；
[0023]优选地，红光发射碳纳米点在水中的主要吸收带为520
‑
600nm；
[0024]优选地，红光发射碳纳米点在二甲基亚砜或二甲基甲酰胺中的主要吸收带均为520
‑
600nm和680
‑
720nm；
[0025]优选地，红光发射碳纳米点在紫外
‑
可见光区的光源激发下，红光发射峰在600
‑
800nm；在近红外
‑Ⅱ
区飞秒激光的激发下，红光发射峰在600
‑
800nm。
[0026]第三方面，本专利技术提供一种碳纳米点复合材料，包括蛋白质和前述实施方式中的红光发射碳纳米点。
[0027]在可选的实施方式中，蛋白质选自血清白蛋白和乳清蛋白中的至少一种；优选为牛血清白蛋白或人血清白蛋白；
[0028]优选地，红光发射碳纳米点和蛋白质的质量比为1:10
‑
300；优选为1:100
‑
300。
[0029]第四方面，本专利技术提供前述实施方式中碳纳米点复合材料的制备方法，包括：将蛋白质和红光发射碳纳米点的水溶液混合得到混合液，将混合液进行加热；
[0030]优选地，加热温度为40
‑
60℃，加热时间为5
‑
30min。
[0031]第五方面，本专利技术提供前述实施方式中的碳纳米点复合材料在生物成像中的应用。
[0032]本专利技术具有以下有益效果：通过以柠檬酸和尿素为原料，在同时含有醛基和羧基的甲酸中通过一步溶剂热法合成高效的红光发射碳纳米点，无需复杂的纯化程序，制备得到的碳纳米点表面有强的吸电子结构，使红光发射碳纳米点有高荧光量子效率的红色发射。制备得到的碳纳米点可以和白蛋白形成复合材料，在水溶液中具备较高的荧光量子产率，并具有明显增强的单光子下转换和多光子上转换荧光，可以在生物成像中得到应用。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]图1为本专利技术实施例1的高效红光发射碳纳米点(FA
‑
CDs)的透射电镜TEM图；
[0035]图2为本专利技术实施例1的高效红光发射碳纳米点的原子力AFM图；
[0036]图3为本专利技术实施例1的高效红光发射碳纳米点的XPS谱图；
[0037]图4为本专利技术实施例1的高效红光发射碳纳米点的高分辨O1s XPS谱图；
[0038]图5为本专利技术实施例1的高效红光发射碳纳米点的在水溶液中和二甲基亚砜中的吸收和发射光谱图(在589nm激光激发下)；
[0039]图6为本专利技术实施例1的高效红光发射碳纳米点在水溶液中的激发
‑
发射光谱；
[0040]图7为本专利技术实施例7的高效红光发射碳纳米点(FA
‑
CDs)和牛血清白蛋白(BSA)不同质量比复合的碳纳米点复合物(FA
‑
CDs@BSA)的吸收光谱UV；
[0041]图8为本专利技术实施例7的高效红光发射碳纳米点(FA
‑
CDs)和牛血清白蛋白(BSA)不同质量比复合的碳纳米点复合物(FA...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红光发射碳纳米点的制备方法，其特征在于，包括：将柠檬酸和尿素与甲酸混合进行溶剂热反应。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸和所述尿素的质量比为1:1
‑
4；优选为1:2
‑
3；优选地，甲酸的加入量是控制所述柠檬酸和所述尿素在混合溶液中的总浓度为0.05
‑
0.5g/mL。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为150
‑
200℃，反应时间为4
‑
6h；优选地，所述溶剂热反应的温度为160
‑
170℃，反应时间为4
‑
4.5h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：在所述溶剂热反应之后进行离心分离，将得到的固体进行干燥；优选地，采用冷冻干燥的方式进行干燥。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述离心分离是在所述溶剂热反应之后的体系中加入能促使碳点析出的且与水互溶的有机溶剂，然后进行离心析出固体；优选地，所述有机溶剂为无水乙醇；优选地，所述有机溶剂的用量与反应后溶液的体积之比为1
‑
4:1；优选地，离心的过程分为多次进行；更优选地，离心次数为2
‑
4次。6.一种红光发射碳纳米点，其特征在于，通过权利要求1
‑
5中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲松楠，张蕙琦，汤子康，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：