[发明专利]一种低毒性荧光碳点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低毒性荧光碳点的制备方法，属于化学及材料科学领域。

背景技术

近年来，荧光半导体量子点因其独特的荧光性能(如荧光强度强，激发波长范围宽，可以实现一元激发多元发射，发射峰半峰宽很窄(约20nm)，发射波长可控，耐光漂等)而备受关注，在细胞成像，生物活体标记，核酸分析和检测，蛋白质分析和检测，离子探针等方面得到了广泛应用。但是，目前使用的荧光半导体量子点主要是II B和VI A族元素组成如：CdSe@ZnS，CdTe等，Cd²⁺的存在对环境构成潜在的威胁。尽管，通过在量子点外面包裹ZnS或者亲水的壳后，量子点对细胞增殖和发育能力没有表现出毒性，但是当量子点的外壳不稳定时，由于空气氧化或者紫外损伤，会使量子点的表面晶格受到破坏，从而导致Cd²⁺释放，带来细胞毒性和环境污染。除了细胞毒性和环境污染外，量子点的制备过程也比较繁琐。目前，高荧光量子产率的量子点的制备一般都要在无水无氧、高温、有机溶剂中进行，反应条件苛刻使得制备技术仅掌握在少数课题组中，还没能得到推广，这无疑也限制了它的应用。因此，寻找无毒、环境友好、制备方法简单的荧光纳成米颗粒成了生物标记领域的当务之急。

近期，具有荧光特性的碳纳米颗粒(碳点)已成功应用于细胞标记，并且没有表现出细胞毒性，因此有可能取代由重金属元素组成的量子点，应用于生物标记、癌症诊断等领域。目前，荧光碳点的制备方法主要有硝酸氧化法和电化学循环伏安氧化法。硝酸氧化法耗时多而且制备出的碳点不易分离，荧光量子产率很低，荧光光谱半峰宽宽。而电化学循环伏安氧化法适合的材料仅为碳纳米管，材料价格昂贵，而且只能在有机相中制备，只能得到一种颜色的荧光碳点。因此要推广碳点的应用就必须寻找更简单、更经济的方法制备荧光碳点。

发明内容

为了简化荧光碳点的制备方法、降低成本，本发明提供了一种低毒性荧光碳点的制备方法，这种方法是用电化学氧化碳电极制备荧光碳点的新方法，该方法简单易行，材料来源广泛廉价，所得的碳点无细胞毒性，耐光漂。

实现本发明目的所采用的技术方案是，通过如下步骤对碳电极进行电化氧化处理，得到低毒性的荧光碳点：

(1)将碳电极进行清洗；

(2)将清洗好的碳电极置于电解质溶液中，以铂电极为辅助电极，以饱和甘汞电极为参比电极，于较正电位处用恒电位电解氧化法对碳电极进行氧化，所用恒电位相对于饱和甘汞电极在1.5-10V之间；

(3)将氧化后的碳电极用超纯水淋洗干净，收集淋洗后的水溶液；

(4)合并(2)中的电解质溶液和(3)中水溶液，离心，收集上清，去掉沉淀；

(5)将收集的上清用截留分子量分别为30，10，5kDa的超滤管依次超滤，收集截留分子量为5-10kDa和＜5kDa的组分，其中，截留分子量为5-10kDa的组分为发黄色荧光的碳点，＜5kDa的组分为发蓝色荧光的碳点。

其中，所用碳电极的材料为玻碳，石墨和/或碳纤维。所用电解质溶液为pH值在2-11之间的含氧酸盐溶液。

由上述技术方案可知，本发明是利用恒电位电解氧化法(即对工作电极施加一恒定的电压进行电解氧化)，通过将碳电极置于电解质溶液中于较正电位处恒电位电解对碳电极进行氧化，制备出低毒性的发黄色荧光和蓝色荧光的碳点。该方法操作简便，耗时短，使用的仪器简单，原材料来源广泛廉价，因此制备成本低，在一般化学实验室均能完成。

具体实施方式

下面以碳电极材料分别为碳纤维、石墨为例对制备低毒性的荧光碳点作详细的说明，实施例中碳电极的材料也可以为玻碳。

实施例1

(1)将多股碳纤维剪成4-5cm长，一端用封口胶固定于光谱纯石墨电极上，用超纯水淋洗。

(2)将清洗好的碳纤维电极放入盛有约1mol，pH值为4.5的磷酸二氢钠溶液的铂烧杯中，以铂烧杯电极为辅助电极，以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，在相对于饱和甘汞电极正2V电位处恒电位电解氧化120分钟。

(3)将氧化后的碳纤维电极用超纯水淋洗干净，通常淋洗至淋洗后的水溶液无色即可，收集淋洗后的水溶液。

(4)合并(2)中磷酸二氢钠溶液和(3)中水溶液，在RCF 28000g离心力下离心0.5-1小时。收集上清，去掉沉淀。