[发明专利]一种高荧光性能碳量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一步法制备的高荧光性能碳量子点及其在生物医学成像中应用，属于纳米材料与医学工程领域。

背景技术

荧光纳米材料因其优异的理化特性而被广泛应用于化学催化、环境监测、光电器件和生物传感器等领域。其中，量子点（quantum dots）作为一种优于传统荧光染料的新型纳米材料更是引起了广大生物医学科研工作者的高度关注。早期由重金属制备的量子点已被作为荧光探针应用于活细胞标记和体内细胞示踪，取得了很好的效果。然而这类重金属量子点由于自身的细胞毒性以及对环境的危害导致其在生物医学领域的应用受到了极大限制。最近，对来源于碳源材料的量子点的研究有了重大突破。这种光激发碳量子点（carbon dots，C-dots）不仅具备类似于重金属量子点的良好光学性质，而且具有合成方便、易于修饰、生物相容性优异等特点，更符合细胞标记和生物医学成像需要。同时，其发射的荧光还具有从可见光区到近红外光区的特点，这些荧光性质对生物领域应用研究具有重大的意义。

目前关于制备碳量子点方法的报道很多，主要包括激光剥离石墨法、电化学氧化法、电弧放电法、微波合成法、化学氧化法和高温热解法等，采用的原料主要有石墨烯、碳纳米管、活性炭、蜡烛灰和小分子有机化合物等。所制备的碳量子点表面往往富含羧基，需要富含氨基的化合物进一步钝化后，才能保证碳量子点获得稳定的光学性能。另外这些方法往往需要大型的设备，比较昂贵的原料和复杂的后续处理手段等等，这些方法不仅不经济环保，而且由于代价昂贵，在很大程度上限制了荧光碳量子点的大规模生产和实际应用。因此，探索利用廉价易得、天然无毒和环境友好型的前驱物，采用简单有效的方法制备具有高荧光性能的碳纳米粒子是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、生物相容性良好、高荧光性能和适于大规模制备碳量子点的方法。

本发明的另一个目的是拓宽荧光碳量子点在生物医学领域的应用，包括活细胞成像、活细胞标记和荧光示踪等。

本发明一步法制备高荧光性能碳量子点的方法，包括以下步骤：

（1）将一定质量的甘氨酸和葡萄糖粉末溶解在去离子水溶液中，室温条件下磁力搅拌，使甘氨酸和葡萄糖粉末充分溶解，获得均匀的透明溶液；

（2）将透明溶液放入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于马弗炉中热解反应一定时间后，获得棕黄色的溶液；

（3）将步骤（2）得到的溶液经离心去除大颗粒后注入到透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水；

（4）将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

（5）将浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得高荧光性能的碳量子点。

所述甘氨酸和葡萄糖的比例为0.1～10。

所述步骤（2）中的反应容器为带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜。步骤（2）所述反应时间为1-12h。

步骤（3）所述的透析是采用截留分子量为1～30kDa范围内的硝酸纤维素透析袋对上清液进行分离。

所述氨基碳量子点适用于活细胞成像、荧光示踪和细胞标记。

本发明的优点在于：

A选用廉价易得、天然无毒和环境友好型的甘氨酸和葡萄糖为前驱物。

B反应设备简单，操作简便，绿色环保，产物不需要进一步纯化，适合大规模工业生产。

C制备的碳量子点不仅具有较高的荧光性能，而且具有较好的细胞相容性。尤其是空间位阻小，能够快速透过细胞膜进入到细胞内，因此比较适合作为荧光探针应用于活细胞成像和抗体标记等生物医学领域。

附图说明

图1为本发明制备荧光碳量子点的反应示意图。

图2为本发明制备荧光碳量子点的透射电镜图。（图B中的白框没有太看明白，按照我的思维好像应该画在图A中吧，指的是对某个范围进行放大观察吧？）

图3为本发明制备荧光碳量子点水溶液的紫外可见吸收光谱图。插图为碳量子点水溶液在可见光和紫外灯照射下的图片（是否是紫外激发光谱）。

图4为本发明制备荧光碳量子点荧光光谱图（是否在不同波长的激发光下的发射光谱？）。

图5为本发明制备荧光碳量子点标记的A549细胞激光共聚焦图。

图6为本发明制备荧光碳量子点标记的A549细胞后流式分析图。

具体实施方式

本发明是采用甘氨酸和葡萄糖为前驱物，通过水热合成方法，实现快速大量地制备水溶性荧光碳量子点（直径1.6～4.2nm）。