[发明专利]一种以柠檬酸-脲为原料的超高量子产率碳量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳量子点的制备领域，特别涉及一种以柠檬酸-脲为原料的超高量子产率碳量子点的制备方法。

背景技术

近年来，由于传统提供荧光染料受到反复多次激发后很容易光漂白从而荧光性能减弱，与其有相似光转换性能的半导体量子点越来越多的被应用于生物标记和科研材料中。但是传统的半导体量子点往往是重金属量子点，其固有的生物相容性能差以及易“光眨眼”现象等缺点严重影响了其应用范围的拓展。除却这些缺点，传统的标记物质固有的生物毒性限制了其添加的量并且一些标记物质量子产率不高，所以这就严重影响了它们在生物标记中的应用。因此，越来越多的研究开始关注于无机非金属碳颗粒量子点。首先，碳颗粒量子点不仅克服了传统标记物质的缺点，而且具有良好的生物相容性和无光眨眼现象的等优点。因此，无机非金属碳颗粒量子点正是目前生物标记、生物检测、生物探针等科研应用方面的最优异的材料。

目前无机非金属碳量子点的合成方法主要有两种，一种是从上到下的合成方法：粉碎碳源，通过聚合物表面钝化的方式使其有效发光，主要包括电弧放电法、激光法、电化学法、机械粉碎、球磨或化学氧化。这种方法制备的碳点虽然粒径均一度较高，但是耗能过高，除激光灼烧法之外其他方法制备的碳点荧光产率都较低。另外一种方法是从下到上的合成方法：热解或碳化合适前驱物直接合成荧光碳量子点，包括灰烬的氧化或腐蚀法、热解有机物法、微波合成法、超声法、掺杂法。但是通过这些方法中的大部分生产的碳量子点的量子产率往往较低，这就要在生物标记时增加投入量，致使毒性提高。因此，寻找一种能制备出具有超高量子产率、粒径均匀的碳点的方法具有相当重要的意义。

高温热解法是目前常用的荧光碳点制备方法。目前已有报道的，通过微波热解各种氨基酸来制备荧光碳点，但是存在着微波温度不可控(存在局部过热点)以及荧光效率不高等缺点。通过水热法制备荧光碳点不仅具有成核均匀，颗粒大小可控的优点，但是在目前的报道中通过此法碳颗粒量子点大多数荧光产率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以柠檬酸钠-脲为原料的超高量子产率量子点的制备方法，该方法简便易行，成本较低；该方法制备得到的碳量子点具有量子效率高、单分散性好、发光性能稳定、不发生“眨眼”现象、生物相容性好等优势。

本发明的一种以柠檬酸-脲为原料的超高量子产率碳量子点的制备方法，包括：

(1)以柠檬酸和脲为原料进行水热反应，得到水热产物；其中，水热反应温度为80～260℃，反应时间为0.5h～3h；

(2)将步骤(1)中的水热产物烘干后，进行热解煅烧，得到煅烧产物；其中，煅烧的温度为100～500℃，煅烧时间为0.1～2h；

(3)将步骤(2)中煅烧的产物进行研磨，过滤，得到以柠檬酸-脲为原料的超高量子产率碳量子点。

用于生物方面应用时，用3000Da～3500Da透析膜透析，透析外液备用；其中透析时间为12h。

所述步骤(1)中柠檬酸、脲与蒸馏水的质量比为1～10g:0.01～100g:0.01～100g。

所述步骤(2)中烘干为60℃过夜烘干。

所述步骤(2)中煅烧时升温速率为10℃/min。

所述步骤(3)中过滤为0.22μm水系滤膜过滤。

本发明中运用柠檬酸为碳源、以尿素为氮源，在水环境下进行水热反应。由于此反应是均相反应，所以成核的大小均一。然后通过热解的方法使水热产物进一步的碳化使其吸湿性以及粘连性降低。通过此法得到的碳颗粒量子点具有超高量子产率，颗粒大小均一，无光眨眼现象，荧光稳定性极高，合成方法简单，反应材料廉价易得，成本较低等诸多优点。由于具有超高量子产率兼具低的细胞毒性，所以本专利方法制备的碳点只需少量添加即可得到完美的生物标记图。这些优点为柠檬酸-脲(尿素)碳量子点在生命科学、分析科学、材料科学、免疫医学、检验检疫等传统及新兴领域的应用打下了良好的基础。

本发明的方法中以柠檬酸-脲为原料水热法制备热解前体并完成初步的碳化以及氮的掺杂；将水热产物煅烧来完成继续碳化。

发明在中低温条件下水相中进行，反应条件较为温和，操作简便，原料易得便宜，绿色环保，水热反应产物本身具有较强荧光，产品产率较高，制备的碳量子点具有超高量子产率、无“光眨眼”现象、稳定性高、生物相容性好、pH性质优异等优势。

有益效果

(1)本发明的制备方法操作简单方便，重复性好，成本低，制备得到的碳量子点保存时间长；