[发明专利]基于氮硫共掺杂石墨烯量子点材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于氮硫共掺杂石墨烯量子点材料、其制备方法及其应用，本发明方法采用自下而上的制备方法从有机小分子1,3,6‑三硝基芘，在亚硫酸铵的碱性水溶液中一步合成氮硫共掺杂石墨烯量子点。本发明方法步骤简单，重复性高，产量高。由于所制备的氮硫共掺杂石墨烯量子点表面含有较多的羟基、氨基和磺酸基官能团，极易溶于水并且在水溶液中长期稳定存在。本发明石墨烯量子点的双光子荧光性能显著提升，进一步提高了成像效果及在生物组织中的成像深度，本发明方法制备的氮硫共掺杂石墨烯量子点作为双光子荧光探针，具有很好的双光子荧光特性，能在近红外波长激发下发射出较强荧光，可对生物组织表现良好成像效果。

技术领域

本发明涉及一种荧光纳米材料、其制备方法及其应用，特别是涉及一种石墨烯量子点材料、其制备方法及其应用，应用于石墨烯新材料、双光子荧光探针及生物细胞成像技术领域。

背景技术

在一般的荧光现象中，由于激发光的光子密度低，一个荧光分子只能同时吸收一个光子，再通过辐射跃迁发射一个荧光光子。而双光子荧光激发过程就是基态荧光材料同时吸收两个光子激发至激发态。并且双光子激发荧光可在光损伤较小的红外或近红外光，如800nm的激发光来对生物组织进行显微成像，该过程具有较深穿透能力，长波长光对细胞毒性更小等优点，是荧光探针科学领域中最为重要而有力的工具之一。激光共聚焦双光子荧光显微成像的出现更加促进了双光子显微成像技术在生物组织成像领域中的应用发展。为了进一步提高成像效果及在生物组织中的成像深度，开发高效的双光子荧光探针十分必要。

与传统的荧光纳米材料相比，新型石墨烯量子点具有独特的量子尺寸效应、光学带隙可调、表面易功能化、环境友好性和稳定性等优点。尽管石墨烯量子点的合成方法和应用研究有了突飞猛进的进展，但是石墨烯量子点的双光子荧光性质没有显著提升。因此，开发具有高效双光子荧光性能的石墨烯量子点材料是推动双光子成像技术应用的关键。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于氮硫共掺杂石墨烯量子点材料、其制备方法及其应用，合成一种氮硫共掺杂石墨烯量子点，作为双光子荧光探针，并应用于生物细胞成像，本发明石墨烯量子点的双光子荧光性能显著提升，进一步提高了成像效果及在生物组织中的成像深度，本发明通过分子融合法制备氮硫共掺杂石墨烯量子点，方法简单，产量高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于氮硫共掺杂石墨烯量子点材料，所述氮硫共掺杂石墨烯量子点包含连接在边位碳原子上羟基、氨基或磺酸基的纳米尺度下的石墨烯纳米片层；所述氮硫共掺杂石墨烯量子点的平均直径为1～5nm，平均厚度为0.6～1.5nm，并且所述的氮硫共掺杂石墨烯量子点包含C、N、O、S、H五种元素。

优选上述氮硫共掺杂石墨烯量子点的平均直径为3.0nm，优选氮硫共掺杂石墨烯量子点平均厚度为1.35nm，氮硫共掺杂石墨烯量子点优选由至少一层石墨烯纳米片组成。

一种本发明基于氮硫共掺杂石墨烯量子点材料的制备方法，采用分子融合法，包括如下步骤：

a.以1,3,6-三硝基芘为前驱物，将0.05～1.0g的1,3,6-三硝基芘在超声条件下均匀分散在水中，制成1,3,6-三硝基芘浓度为1～100mg/mL的1,3,6-三硝基芘分散液，之后再向1,3,6-三硝基芘分散液中加入0.05～5g亚硫酸铵，继续超声分散混合溶液至少10分钟，得到1,3,6-三硝基芘和亚硫酸铵充分混合的反应物体系溶液，然后将反应物体系溶液转入到容积为10～50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，在120～230℃温度下进行水热反应6～24h，制备氮硫共掺杂石墨烯量子点产物；作为本发明优选的技术方案，制备1,3,6-三硝基芘分散液时进行超声处理10～50分钟，得到1,3,6-三硝基芘浓度为1～30mg/mL的1,3,6-三硝基芘分散液；