[发明专利]一种具有近红外吸收和近红外发光特性的改性碳纳米点、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种具有近红外吸收和近红外发光特性的改性碳纳米点、其制备方法及其应用，改性碳纳米点由碳纳米点表面经含吸电子基团的化合物或含吸电子基团的聚合物修饰制得；所述吸电子基团选自羰基、砜基、亚砜基、氰基和羟基中的一种或多种。所述吸电子基团与碳纳米点表面活性位点(C、N、O)反应，通过吸附和成键作用(化学键和氢键)连接在碳纳米点外层和边缘，电子受体基团降低碳纳米点外层的LUMO能级，使得碳纳米点具有近红外吸收和近红外光激发下具有高荧光量子效率的近红外发光。改性碳纳米点可应用于近红外染料、荧光成像试剂、防伪试剂或加密试剂。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，尤其涉及一种具有近红外吸收和近红外发光特性的改性碳纳米点、其制备方法及其应用。

背景技术

生物光学成像技术具有较高的时间/空间分辨率，能够在体实现无损实时动态监测，是目前生物医学成像领域中的重要技术。由于近红外光在生物体内吸收、散射、及自荧光弱，以近红外光为光源并在近红外区进行荧光成像可以有效提高荧光成像的组织穿透深度。开发高效近红外荧光成像试剂对生物光学成像的临床推进具有重要意义。

碳纳米点(Carbon dots，CDs)具有良好的发光特性，同时具有尺寸小、水溶性好、毒性低、生物相容性好、成本低等优异性能，这使得碳纳米点在生物光学成像领域的应用中独具优势。但是，尽管碳纳米点具有良好的光物理性能，现有技术中碳纳米点的吸收光谱仍然主要分布于紫外、蓝光、绿光区域，发射光谱主要分布于蓝光和绿光区，红光或近红外光发射目前仍然难于实现，尤其在近红外光激发下的近红外发射目前仍未见报道，这就限制了碳纳米点在活体深组织荧光成像中的应用。

因此，亟需研究一种具有近红外吸收和在近红外光激发下具有高荧光量子效率近红外发光的碳纳米点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性碳纳米点、其制备方法及其应用，该改性碳纳米点具有近红外吸收和在近红外光激发下具有高荧光量子效率的近红外发光。

本发明提供了一种具有近红外吸收和近红外发光特性的改性碳纳米点，由碳纳米点表面经含吸电子基团的化合物或含吸电子基团的聚合物修饰制得；

所述吸电子基团选自羰基、砜基、亚砜基、氰基和羟基中的一种或多种。

优选地，所述含吸电子基团的化合物选自N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；

所述含吸电子基团的聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙烯醇。

优选地，所述改性碳纳米点在670～730nm具有吸收峰。

优选地，所述改性碳纳米点在紫外-可见区的光源激发下，600～660nm具有红光发射峰；

在近红外-I区光源的激发下，740～760nm具有近红外发射峰；

所述改性碳纳米点在近红外-II区飞秒激光的激发下，红光发射峰位在640～660nm，近红外-I区发射峰位在740～770nm光谱范围内。

本发明提供了一种上述技术方案所述改性碳纳米点的制备方法，包括以下步骤：

将碳纳米点与含吸电子基团的原料混合，所述含吸电子基团的原料为含吸电子基团的化合物或含吸电子基团的聚合物，反应，得到改性碳纳米点；

所述吸电子基团选自羰基、砜基、亚砜基、氰基和羟基中的一种或多种。

优选地，所述反应的时间为0.5～4h。

优选地，所述碳纳米点由以下步骤制得：

多羧基有机酸和尿素溶剂热反应，得到碳纳米点；

所述多羧基有机酸选自柠檬酸和/或柠嗪酸。