[发明专利]一种绿色合成荧光手性碳点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料科学和生物医学工程领域，具体地，涉及一种绿色合成荧光手性碳点的方法，即利用氨基酸及其衍生物辅助合成荧光碳点的制备方法。

背景技术

碳的纳米材料从纳米碳管到石墨烯，因其独特的物理、化学和光学性质，一直是人们竞相研究的热点。碳点，作为一种新型纳米碳材料，逐渐受到你们的关注。碳点，广泛意义上的定义为：直径一般在2～10nm，经表面钝化后会发射不同的荧光，发射波长可“调谐”，可以实现一元激发多元发射，可以吸收从可见光一直衍生到近红外光，发射波长跨度很大，斯托克位移较宽，无荧光漂白和闪烁的等优点，具有良好的生物安全性，是传统半导体量子点的理想替代材料。近年来，人们对于常规的隔系列的荧光量子点生物应用中暴露的生物安全性隐患得到共识后，也把对碳点研究推向一个新的高潮。

自2004年Xu研究小组等纯化单壁碳纳米管过程中发现了发荧光的小颗粒，进一步证实了这种小颗粒是碳材料，首次证实了荧光碳点的存在，此工作发表在J Am.Chem.Soc,《美国化学期刊》（2004,126:12736），题目为：Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments（电泳分析纯化荧光单壁碳纳米管片段）。Sun P研究小组在碳点的制备、性质以及生物诊断等应用方面，开展了大量的研究工作，其发表了在《Nanoscale》（纳米尺度）（2011,3,2023）题为：Toward quantitatively fluorescent carbon-based“quantum”dots（碳基荧光量子点的时代即将到来），阐述了碳点的性质以及在生物医学应用方面的前景。研究也证实了碳点具有很好的生物安全性能，是重金属量子点理想的替代品。近期，Chen研究报道了题为：Effect of Injection Routes on the Biodistribution,Clearance,and Tumor Uptake of Carbon Dots(不同的注射途径对于碳点在生物体内的分布、清除和肿瘤部位富集的影响)，他们把表面改性的碳点以静脉、肌肉和皮下注射三种不同的方式注入活体小白鼠体内，采用近红外荧光光谱和正电子放射断层造影术研究碳点在动物体内的代谢过程，实验证实了碳点在体内的清除速率:静脉注射>肌肉注射>皮下注射，不同注射手段也影响碳点在血液循环和在肿瘤部位集聚的效率，此部分工作发表在2013年《ACS Nano》（美国化学会纳米）（2013,7,5684），进一步证实了碳点的生物安全性能。

材料的结构决定了其性质，对于纳米材料也仅仅如此，表面的官能团对纳米材料性质的影响也很大。碳点的制备的方法不同，其荧光性质和表面结构也不同。碳管制备方法很多，有激光灼烧法、化学合成法、电化学合成法、高温氧化法、超声法、水热合成法和微波合成法，无论是哪种合成方法，碳点表面功能化是影响其荧光性能的重要因素。对其表面有机或无机修饰，碳点的量子产率也相差很大，裸的碳点量子产率一般低于0.1%，经过表面氨基化的聚乙二醇改性后，荧光量子产率提高到1%～10%左右，荧光量子产率低是制约碳点在生物医学中的应用的主要因素。另外，在合成荧光碳点的技术缺陷是分离困难，无论是原位合成还是先合成碳点再进一步钝化，制备的量子点颗粒直径分布比较宽，荧光发光测试基本上均在混合体系的发光效果。John C.Vinci研究小组曾采用高效液相分离的方法，对碳点进行分级提纯，发现经进一步分离提纯后的碳点，它的荧光量子产率要远高于分离前的碳点的量子产率，紫外吸收也有分离前截然不同，分离后的碳点的紫外吸收明显的紫外的吸收峰，他们把此工作整理题目为：Hidden Properties of Carbon Dots Revealed After HPLC Fractionation（高效液相分离法揭示隐藏碳点的性质），发表在J.Phys.Chem.Lett.（物理化学快报，美国化学会）的2013年第4期（239卷）第243页上。这也说明的碳点之所以量子产率低的另一个重要的原因。