一种荧光光色可调碳量子点的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种荧光光色可调碳量子点的制备方法，属于纳米材料技术领域。本方法以柠檬酸或柠檬酸盐为碳源，以含氮化合物为氮化剂，过氧化氢为氧化剂，通过水热合成法得到在紫外光激发下发蓝色或绿色荧光的碳量子点水溶液，反应条件容易控制，适宜规模化生产；制备得到的碳量子点具有荧光光色可调、产率高、量子效率高、结果重复性好等诸多优点。产物可以直接用于肿瘤细胞标记及活细胞成像标记。本发明专利技术方法仅需一种反应物即可，并且原料易得、无毒，生产过程无需特殊防护，反应条件容易控制，所得到的碳量子点具有产率高、量子效率高、结果重复性好等优点。本发明专利技术方法具有产率高、制备工艺简单、成本低、易于规模化生产等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于纳米材料
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技术介绍
量子点纳米材料尤其是半导体量子点由于其优异的荧光性质而在很多领域特别是光电器件、生物标记及生物医学领域有着广泛的应用前景。但是半导体量子点材料由于在制备过程中常使用到重金属离子，如镉、铅等，导致其具有很大的生物毒性以及环境危害性，严重限制了其在生物医学领域的应用。近些年，碳量子点在光学探针、生物图像探针、发光二极管及可见光活性催化等领域展示出了很大的应用潜力。碳量子点具有很多优异的荧光性质，如具有复合多色荧光、发射光可调，并且具有量子产率高、表面化学可控、低毒、水溶性好等优点，使其成为半导体量子点纳米材料的理想替代材料。特别是相对于半导体量子点材料的重金属元素组分的高毒性来说，碳量子点的主要组成是非毒性的碳元素，因此，荧光碳量子点在生物医学领域有着巨大的应用前景。但是，因为受到制备方法及产品质量方面等方面的影响，碳量子点材料的广泛应用受到了很大限制。目前制备碳量子点最常用的方法有高能辐射、激光消融等物理方法，以及烟灰氧化、碳水化合物碳化、聚合物热解、电化学、微波辅助热解以及碳材料化学分解等，但是这些方法往往存在产率低、成本高或量子效率低等缺点。此外，在已有的报道中，碳量子点材料多以蓝色荧光为主，尽管蓝色荧光碳量子点材料在光电器件、生物标记及生物医学等领域具有很重要的应用，不过，由于某些生物组织本身对光线的自吸收以及自发荧光也都集中在蓝色波长区域，因此，在某些情况下限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，对已有的碳量子点的制备方法进行改进，通过 添加氧化剂调节荧光颜色，以扩大碳量子点的应用范围，并简化制备工艺，使其适宜规模化生产。本专利技术提出的荧光光色可调碳量子点的制备方法，可以有三种不同的技术方案，其中:第一种技术方案包括以下步骤:( I)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液；(2)以含氮化合物作为氮化剂，将氮化剂加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为:氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:2~50，室温下用磁力搅拌，使柠檬酸盐和氮化剂充分溶解，得到混合液；(3)将步骤(2)的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120°C~200°C，反应时间为2~24小时，得到粗产物；(4)将步骤(3)的粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量为100-10000，透析时间为6~72小时，得到紫外光激发下发蓝色荧光的碳量子点水溶液。第二种技术方案包括以下步骤:( I)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液；(2)以含氮化合物作为氮化剂，以过氧化氢作为氧化剂，加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为:氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:2~50，氧化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:5~25,室温下磁力搅拌,使柠檬酸或柠檬酸盐、含氮化合物以及过氧化氢充分溶解并混合均匀，得到混合液；(3)将步骤(2)的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120°C~200°C，反应时间为2~24小时，得到粗产物；(4)将步骤(3)的粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量为100-10000，透析时间为6~72小时，得到紫外光激发下发绿色荧光的碳量子点水溶液。第三种技术方案包括以下步骤:(I)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液； (2)以含氮化合物作为氮化剂，将氮化剂加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为:氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:2~50，室温下用磁力搅拌，使柠檬酸或柠檬酸盐和氮化剂充分溶解，得到混合液；(3)将步骤(2)的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120V~200°C，反应时间为2~24小时，得到第一粗产物；(4)将过氧化氢作为氧化剂加入到步骤(4)的第一粗产物中，加入摩尔比比例为:氧化剂:柠檬酸或柠檬酸盐=1:5~25，在磁力搅拌器搅拌下使得混合液混合均匀；(5)将步骤(4)的混合液移入水热反应釜中，放入移入烘箱中进行水热氧化反应，反应温度为120°C~200°C，反应时间为2~24小时，得到第二粗产物；(6)将步骤(5)的第二粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量为100-10000，透析时间为6~72小时，得到紫外光激发下发绿色荧光的碳量子点水溶液。上述三个方案中，所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾或柠檬酸铵中的任何一种。上述三个方案中，所述的含氮化合物为碳酸氢铵、碳酸铵、氨水或尿素中的任何一种。本专利技术提出的荧光光色可调碳量子点的制备方法，其优点是，本专利技术方法原料易得，无毒，生产过程中无需特殊防护；合成工艺简单，以柠檬酸或柠檬酸盐为碳源，以含氮化合物为氮化剂，过氧化氢为氧化剂，通过水热合成法得到在紫外光激发下发蓝色或绿色荧光的碳量子点水溶液，反应条件容易控制，适宜规模化生产；制备得到的碳量子点具有荧光光色可调、产率高、量子效率高、结果重复性好等诸多优点。而且，本专利技术方法中通过简单添加氧化剂实现对荧光颜色的调节，制备的蓝色或绿色荧光碳量子点，可以应用于细胞标记及活细胞成像，将培养后的细胞加入含有蓝色或绿色荧光碳量子点的培养基进行共孵育，并用荧光显微镜进行观察，且可直接用于肿瘤细胞标记。【附图说明】图1为本专利技术实施例中实施例一，实施例六，实施例1^一制备的蓝色以及绿色荧光碳量子点在日光和365纳米紫外光照射下的照片。图2为本专利技术实施例一制备的蓝色荧光碳量子点在不同紫外激发波长下的荧光光谱和激发光谱。图3为本专利技术实施例六制备的绿色荧光碳量子点在不同紫外激发波长下的光致发光谱以及相应的激发光谱图。图4为本专利技术实施例十一制备得到的绿色荧光碳量子点的荧光光谱以及相应的激发光谱。图5为本专利技术实施例制备的蓝色及绿色荧光碳量子点标记肿瘤细胞Hela细胞的荧光显微镜图。【具体实施方式】本专利技术提出的荧光光色可调碳量子点的制备方法，可以有三种不同的技术方案，其中:第一种技术方案包括以下步骤:( I)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液；[0031 ] (2)以含氮化合物作为氮化剂，将氮化剂加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为:氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:2~50，室温下用磁力搅拌，使柠檬酸盐和氮化剂充分溶解，得到混合液；(3)将步骤(2)的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120°C~200°C，反应时间为2~24小时，得到粗产物；(4)将步骤(3)的粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量为100-10000，透析时间为6~72小时，得到紫外光激发下发蓝色荧光的碳量子点水溶液。第二种技术方案包括以下步骤:( I)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液；(2)以含氮化合物作为氮化剂，以过氧化氢作为氧化剂，加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光光色可调碳量子点的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%～30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液；（2）以含氮化合物作为氮化剂，将氮化剂加入到步骤（1）的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为：氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液＝1:2～50，室温下用磁力搅拌，使柠檬酸盐和氮化剂充分溶解，得到混合液；（3）将步骤（2）的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120℃～200℃，反应时间为2～24小时，得到粗产物；（4）将步骤（3）的粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量为100?10000，透析时间为6～72小时，得到紫外光激发下发蓝色荧光的碳量子点水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种荧光光色可调碳量子点的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液； (2)以含氮化合物作为氮化剂，将氮化剂加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为:氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:2~50，室温下用磁力搅拌，使柠檬酸盐和氮化剂充分溶解，得到混合液； (3)将步骤(2)的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120°C~200°C，反应时间为2~24小时，得到粗产物； (4)将步骤(3)的粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量为100-10000，透析时间为6~72小时，得到紫外光激发下发蓝色荧光的碳量子点水溶液。2.一种荧光光色可调碳量子点的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)将柠檬酸或柠檬酸盐加入水中，使柠檬酸或柠檬酸盐的质量百分比浓度为0.2%~30%，得到柠檬酸或柠檬酸盐溶液； (2)以含氮化合物作为氮化剂，以过氧化氢作为氧化剂，加入到步骤(1)的柠檬酸或柠檬酸盐溶液中，加入的摩尔比为:氮化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:2~50，氧化剂:柠檬酸或柠檬酸盐溶液=1:5~25，室温下磁力搅拌，使柠檬酸或柠檬酸盐、含氮化合物以及过氧化氢充分溶解并混合均匀，得到混合液； (3)将步骤(2)的混合液放入水热反应釜中，移入烘箱中进行热解反应，反应温度为120°C~200°C，反应时间为2~24小时，得到粗产物； (4)将步骤(3)的粗产物用透析袋进行透析，透析袋的截流分子量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向峰，崔岩岩，胡中波，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：