[发明专利]石墨烯荧光纳米材料、其制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光纳米材料及其制备和应用，具体而言，是涉及一种石墨烯荧光纳米材料、其制备方法、以及在生物领域和医药领域的应用。

背景技术

碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料，随着纳米技术的发展，近20年来，碳纳米材料成为科技创新的前沿领域。由于该材料纳米尺寸上表现出的特殊性能，为细胞、亚细胞、单分子原子的行为和相互作用机理的研究提供了新的途径。然而，由于碳纳米材料的低水溶性和低活性等特点，限制了其在分析化学、材料科学及生物技术等多个研究领域的应用。作为碳材料的一种，石墨烯通常被描述为密集堆积在蜂窝状晶格中的sp²键碳原子的单原子厚度的平面片材。石墨烯中的碳碳键长度约为0.142nm。石墨烯是一些碳同素异形体（包括石墨、碳纳米管和富勒烯）的基本结构单元。对石墨烯的功能化及其在化学修饰电极、化学电源、催化剂和以及气体传感器等方面的应用研究较多。但是，普通石墨烯的低水溶性和很差的生物兼容性限制了其生物和医药方面的应用。

本发明人经过大量研究，发现通过将电化学方法得到的纳米石墨烯与水合肼反应，在石墨烯的边缘碳原子上连接一定数量的酰肼基团而制备出一种石墨烯荧光纳米材料。该材料具有稳定的荧光、高的水溶性、很好的生物相容性，能够成功标记细胞，特别是干细胞。从而不仅可以在生物领域用作生物标记、显像和示踪剂，并且在医药领域可用作药物载体以及用于疾病的检测、诊断和治疗。

发明内容

一方面，本发明提供了一种新的石墨烯荧光纳米材料。本发明的石墨烯荧光纳米材料是在纳米石墨烯的边缘碳原子上连上酰肼基团，从而其可以发出特殊的黄色荧光，降低了纳米颗粒的团聚，增强了发光稳定性，并且提高了生物兼容性和水溶性。

本发明的石墨烯荧光纳米材料尺寸优选为小于20nm，更优选2－18nm。

优选地，本发明的石墨烯荧光纳米材料的示例性通式如下，其中酰肼基团连接在石墨烯的边缘碳原子上，其数量和位置不受下式所限。

另一方面，本发明还提供了所述石墨烯荧光纳米材料的制备方法。

本发明的石墨烯荧光纳米材料的制备方法包括如下步骤：在电解质溶液中电解石墨得到纳米石墨烯，随后加入水合肼，优选在室温或低于室温下，搅拌，得到所述的石墨烯荧光纳米材料。

更具体而言，本发明的石墨烯荧光纳米材料的制备工艺包括如下步骤：

(1)在0.01-1mol/L的NaOH水溶液或pH>7的缓冲溶液（如PBS或硼酸缓冲液）中，以50-200mA的电流强度电解高纯石墨棒1.5-5小时，得到纳米石墨烯；

（2)加入水合肼，优选在室温或者低于室温下，搅拌，得到反应产物;

(3)纯化产物，然后将产物烘干得到石墨烯荧光纳米材料。

再一方面，由于本发明的石墨烯荧光纳米材料具有很好的生物兼容性和水溶性以及优良的荧光稳定性等特性，不仅可以在生物领域用作生物标记、显像和示踪剂，并且在医药领域可用作药物载体以及用于疾病的检测、诊断和治疗。

附图说明

当与以下附图结合考虑时，以下对本发明的实施方案的详细描述将更容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施方案的石墨烯荧光纳米材料的透射电镜图；

图2 为根据本发明一个实施方案的石墨烯荧光纳米材料的核磁谱图；

图3为根据本发明一个实施方案的石墨烯荧光纳米材料的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施方案的石墨烯荧光纳米材料的水溶液的荧光光谱图；

图5 为根据本发明一个实施方案的石墨烯荧光纳米材料的细胞毒性测定分析图；

图6 为根据本发明一个实施方案的石墨烯荧光纳米材料的活细胞显像图。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将参照附图中所示的实施方案对其描述，不意于限制本发明的范围。

实施例1：本发明的石墨烯荧光纳米材料的制备