基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球及其制备方法技术

一种基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球及其制备方法，是以白菜汁的加热反应产物与氨水、尿素、二乙烯三胺或多乙烯多胺加热反应制备氮掺杂碳量子点NCDs，与NaCl、尿素和甲醛反应得到脲醛树脂荧光微球，再与乙醇和四乙氧基硅烷反应得到羟基脲醛树脂荧光微球。本发明专利技术采用简单易行的方法制备了绿色无毒的白菜碳量子点，氮掺杂后呈现更好的荧光性能；将其作为荧光探针应用于荧光微球制备方面，获得了羟基脲醛树脂荧光微球，具有单分散性良好、功能基含量丰富，易与生物分子结合，体现良好的生物相容性和低毒性，在生物、医学领域具有很好的应用前景。很好的应用前景。很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球及其制备方法


[0001]本申请是针对原申请号为201810007274.1，专利技术创造名称为一种氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球及其制备方法的专利申请提出的分案申请。
[0002]本专利技术属于功能化无机荧光微球制备方法
，具体涉及一种基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球及其制备方法。

技术介绍

[0003]碳量子点（CDs）作为一种新型的荧光探针，相比传统的半导体量子点和有机染料，具备宽而连续的激发光谱、窄而对称的发射光谱，良好的生物相容性和低毒性，在生物医学、标记、重金属检测等领域有良好的应用前景。但CDs荧光量子产率相对较低，研究表明在碳量子点表面进行氮掺杂可钝化表面缺陷且促进高产辐射复合，从而改善其荧光性能及水溶性。因而本文以白菜为碳源、多乙烯多胺为氮源，制备了绿色无毒的氮掺杂碳量子点（NCDs）。据文献报道，无机材料三聚氰胺甲醛具有耐热、耐老化及易溶于诸多有机溶剂等优良性能，其末端含有
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NH2、
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NH、
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OH等基团，可与生物基团键合实现进一步的应用。脲醛树脂是亲水性的材料，具有机械强度高、热稳定性好、抗溶剂溶解、抗生物分解作用强，及制备容易等优点。二氧化硅具有物理刚性、化学稳定性、无毒性、胶体稳定性、高生物相容性及表面易功能化的特性，尤其是表面巯基化的二氧化硅微球，其活性巯基可以用来吸附重金属离子和蛋白质。由此，本文将NCDs作为荧光探针，分别以无机材料三聚氰胺甲醛、脲醛树脂和二氧化硅作为载体，用于功能化无机荧光微球的制备。
[0004]三聚氰胺甲醛微球含有丰富的氨基、亚氨基和羟基基团，可以供应大量的吸附活性点，用来吸附重金属离子Pb
2+
，但是其吸附活性点在生物上的应用还很少（Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2015, 482, 491
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499 and Chemical Engineering Journal, 2016, 288, 745
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757）。脲醛树脂微球的制备方法报道很多，但忽略了在其表面引入功能基团，不便后续生物学等方面的研究（Materials Letters, 2015, 145, 27
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29 and Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 201, 218, 919
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925）。单分散大孔二氧化硅微球和巯基化二氧化硅微球都可以用于蛋白质的分离，但大孔二氧化硅微球的制备过程繁杂，巯基化二氧化硅微球易于制备（Journal of Chromatography A, 2016,1471, 138
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144 and Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132 (20), 113
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114）。而本文制备的发蓝色荧光的三聚氰胺甲醛荧光微球，可以应用于流式细胞仪（Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2013, 129, 125
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134）和荧光免疫检测（Science of the Total Environment, 2017, 583, 222
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227）方面；脲醛树脂荧光微球和二氧化硅荧光纳米球分别经15分钟和3个小时就可以制备得到，不仅实验操作时间短，还在其表面分别引入了硅羟基和巯基。本文获得的三种功能化无机荧光微球单分散性良好、功能基含量丰富，易与生物分子结合，体现了良好的生物相容性和低毒性，在生物、医学领域具有很好的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有良好的单分散性，荧光性能好且稳定的基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球及其制备方法。
[0006]一种基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球的制备方法，包括以下步骤：（1）氮掺杂碳量子点NCDs的制备量取35～50mL白菜汁，并转移至反应釜中，置于烘箱中180～200℃加热5～7h；反应结束后，自然冷却至室温，采用孔径0.22
µ
m的微孔滤膜过滤产物，将滤液在12000r/min转速下离心，去除大颗粒杂质；在纯化后的溶液中加入氨水、尿素、二乙烯三胺或多乙烯多胺，继续在180～200℃的烘箱中反应5～7h；反应后将反应釜自然冷却至室温，得到棕色溶液，采用孔径0.22
µ
m的微孔滤膜过滤，将滤液在12000r/min转速下离心，去除大颗粒杂质；并用1000分子量的透析袋透析所得滤液，最后用冷冻干燥法处理，得到纯净的氮掺杂碳量子点NCDs，其为疏松多孔、海绵状的固体；（2）三聚氰胺甲醛荧光微球的制备将摩尔比为3.5～3.0的甲醛和三聚氰胺加入到100mL三口烧瓶中，机械搅拌混合均匀，水浴加热到60～65℃，反应30～35min后得到均匀的预聚物羟甲基三聚氰胺；量取42～48mL蒸馏水和0.2～0.5mL步骤（1）中所述的纯净的氮掺杂碳量子点NCDs，称取1.3g聚乙烯吡咯烷酮，混合后加入到250mL三口烧瓶中，用冰乙酸调节溶液的pH为4.5～4.6，机械搅拌下水浴加热到60～65℃，将所述的预聚物羟甲基三聚氰胺迅速加入其中，使用冰乙酸迅速微调pH到4.5～4.6，当出现白色浑浊后，每隔10min在显微镜下观察微球的形貌，根据生成球的情况调整反应时间，反应15～30min后加入大量冰水停止反应；依次用蒸馏水、无水乙醇反复洗涤后真空干燥，即得三聚氰胺甲醛荧光微球；（3）羟基脲醛树脂荧光微球的制备在塑料杯中加入42～45mL蒸馏水、4.2～4.5g NaCl、0.8～1g尿素和0.2～0.5mL步骤（1）中所述的纯净的氮掺杂碳量子点NCDs，待NaCl和尿素完全溶解后用硝酸将混合液的pH值调为1.7～2.0，然后加入1.3～1.8mL甲醛溶液，在室温下放置2～15min，期间不断用显微镜监测微球的形貌；当微球粒径达到均一时，加入100～150mL蒸馏水结束反应，静置沉降后抽滤，滤饼再分别用甲醇、丙酮抽洗直至上清液无荧光为止，50～60℃真空干燥，即得到脲醛树脂荧光微球；将2g脲醛树脂荧光微球置于三口烧瓶中，加入乙醇80mL，蒸馏水16mL，四乙氧基硅烷0.5mL，氨水2mL，在室温下，剧烈搅拌3h，然后再用乙醇和蒸馏水反复洗涤，弃去上清液，50～60℃真空干燥，即得到羟基脲醛树脂荧光微球；（4）巯基化二氧化硅荧光纳米球的制备按质量比1：4：8量取氨水、蒸馏水、无水乙醇加入到反应瓶中，混和均匀，再加入3.5～4.5mL正硅酸乙酯和0.1～0.5mL步骤（1）中所述的纯净的氮掺杂碳量子点NCDs，室温下磁力搅拌3～3.5h；将产物离心分离，用水和无水乙醇超声清洗至上清液无荧光；50～60℃真空干燥，即得到二氧化硅荧光纳米球；将0.3～0.4g的SiO2荧光纳米球和0.2～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氮掺杂碳量子点的功能化无机荧光微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）氮掺杂碳量子点NCDs的制备量取35～50mL白菜汁，并转移至反应釜中，置于烘箱中180～200℃加热5～7h；反应结束后，自然冷却至室温，采用孔径0.22
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m的微孔滤膜过滤产物，将滤液在12000r/min转速下离心，去除大颗粒杂质；在纯化后的溶液中加入氨水、尿素、二乙烯三胺或多乙烯多胺，继续在180～200℃的烘箱中反应5～7h；反应后将反应釜自然冷却至室温，得到棕色溶液，采用孔径0.22
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m的微孔滤膜过滤，将滤液在12000r/min转速下离心，去除大颗粒杂质；并用1000分子量的透析袋透析所得滤液，最后用冷冻干燥法处理，得到纯净的氮掺杂碳量子点NCDs，其为疏松多孔、海绵状的固体；（2）羟基脲醛树脂荧光微球的制备在塑料杯中加入42～45mL蒸馏水、4.2～4.5g NaCl、0.8～1g尿素和0.2～0.5mL步骤（1）中所述的纯净的氮掺杂碳量子点NCDs，，待NaCl和尿素完全溶解后用硝酸将混合液的pH值调为1.7～2.0，然后加入1.3～1.8mL甲醛溶液，在室温下放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清浩，郭金春，刘红彦，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：