[发明专利]一种水溶性碳量子点生物显影剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物显影剂材料技术领域，涉及一种水溶性碳量子点生物显影剂的制备方法。

背景技术

2006年美国克莱蒙森大学的孙亚平首次发现碳量子点，是继碳纳米管、纳米金刚石、富勒烯和石墨烯之后出现的一类新颖的纳米碳材料。碳量子点具有优异的光学和电学性能，跟传统的半导体量子点相比，具有细胞毒性低、合成成本低、光稳定性好等优点，因此在生物显影成像、传感和探针等领域有着广泛的应用前景。

现有碳量子点量子效率低，文献报道的碳量子点量子效率一般不超过10﹪。另一方面，碳量子点吸收长波长激发光而发射出短波长（可见光）的向上逆转能力也较弱。由于长波长光源能够穿过较厚的组织，在人体组织中显影具有较强的实用性，因此，需要发展一种能够吸收近红外光线具有较强向上逆转能力的碳量子点。

Wei Li等人（Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,1–6）报道一种蚕丝经水热法制备的荧光量子纳米微球。由于蛋白质中氮元素的存在使得碳量子点荧光的量子效率大为提高，这提供了一种通过在碳量子点中引入氮掺杂来提高其光学性能的方法。然而由于这种纳米微球的尺寸太大（大约90纳米），可能会引起细胞行为的变化，因此在细胞中作为显影剂应用受到限制。

Yan-Qing Zhang等人（J.Mater.Chem.,2012,22,16714–16718）报道四氯化碳（CCL₄）和氨基钠（NaNH₂）反应生成碳量子点，氮掺杂使碳量子点具有将近红外激发光（700-900nm）向上逆转发出波峰在500纳米可见荧光的能力。然而由于四氯化碳和氨基钠反应而在碳量子点中引入氮的摩尔比例很难调控，因此需要发展一种可以精确调控氮含量的办法来优化其光学性能。

1,4加成反应能够精确调节聚合物中各单体结构的含量，以此作为碳源能够控制碳量子点中的氮元素含量。本发明公布一种由1，4加成聚合物经高温碳化而形成的碳量子点，由于氮元素含量的控制，该碳量子点具有较强的荧光效率和向上逆转能力，同时具有在不同pH条件下发光稳定性，在生物显影方面具有广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种水溶性碳量子点生物显影剂的制备方法，该方法利用1,4加成聚合物来制备碳量子点，通过调节聚合物中各单体结构的含量，来调控碳量子点的光学性能。此方法无毒环保，制备简单，原材料价格低廉，收率较高，一步直接获得碳量子点，得到的碳量子点水溶性好，且具有优异的光致发光特性。

为解决上述技术问题，本发明方法为高温碳化制备方法，具体是：

将1,4加成聚合物加入到有机溶剂中，200～450℃碳化反应30min～24h，得到荧光碳量子点；

制备100份重量份数的荧光碳量子点，所用的各物质的量为：1,4加成聚合物5～100份，有机溶剂0～95份；

所述的有机溶剂为甘油、乙二醇的一种或两种混合液；

所述的1,4加成聚合物的制备方法是：

将单体A、单体B在20～95℃下聚合2～48h，得到1,4加成聚合物；单体A与单体B的摩尔比为1：1；

作为优选，聚合温度为20～60℃；

所述的单体A为含有双官能团的丙烯酸酯类单体、含有双官能团的丙烯酰胺类单体的一种或两种；

所述的含有双官能团的丙烯酰胺类单体结构式A1如下：

所述的含有双官能团的丙烯酸酯类单体结构式A2如下：

所述的单体B为含有氨基或巯基的双官能团单体，其结构式为式B1、式B2、式B3的一种或多种，如下所示：

式B1；

式B2；

式B3；

若单体A中含有含双官能团的丙烯酰胺类单体A1，在1,4加成聚合物的制备过程中必须加入蒸馏水，即将单体A、单体B先溶于蒸馏水中，得到混合溶液，然后混合溶液20～95℃下聚合2～48h，得到1,4加成聚合物；其中混合溶液中蒸馏水的质量含量为40～95﹪；

作为优选，混合溶液中蒸馏水的质量含量为70﹪。

本发明制备得到的碳量子点生物显影剂相关结构和性能表征：

1.为表明本发明碳量子点生物显影剂的尺寸和分布状态，对本发明制得的碳量子点做了透射电镜扫描，结果显示碳量子点的粒径呈较窄的分布状态，尺寸为4.7nm左右。