[发明专利]一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法

说明书

一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法采用狗尾草做原料，这种原料相比于现有的有机碳等物质，不但成本极低，而且环保无污染，简便易得，不需要复杂的制备过程或前处理手段；实现硼、磷和硫多种杂原子对碳量子点的同时掺杂，这不但极大的改善了制备出的碳量子点的荧光性能，还意味的发现该改性后的碳量子点对Cd²⁺具有突出的选择性，检测限低至0.1nM；得到最终的产物性能良好。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体涉及一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法。

背景技术

碳量子点作为碳材料中的重要一员，自2004年被发现以来，由于其优异的化学、物理性能一直吸引着广大科研人员的极大兴趣。一般来讲，碳量子点是指一种类球形的碳纳米颗粒，其直径在10nm以下，与其他的半导体量子点，如CdTe、CdSe、CdS等相比，碳量子点具有很好的生物相容性、水溶性、低毒性且制备极其简单快速，制备成本也较低，这些优势使得关于碳量子点的研究不断推陈出新，大量的研究将其应用到各个领域，比如：生物成像、荧光标记、荧光检测、光电器件等领域。

目前，关于荧光检测（也称作荧光探针）主要有两种方式，一种是荧光增强型（Turn-on），一种是荧光猝灭型（Turn-off），其中，后一种方式主要是依靠碳量子点表面的各种含氧基团如—OH、—COOH、—CO，这些基团可以有选择性的与特定的金属离子进行特异性结合，当金属离子与上述基团结合后，碳量子点的荧光便会发生猝灭，这就意味着可以对该金属离子进行特异性的检测。

随着对碳量子点本身的不断深入研究，人们惊奇的发现，当使用杂原子对碳量子点进行掺杂后，其物理性能，尤其是荧光性能有了很大的提升。如北京师范大学Shuhua Li等人在分析化学的著名期刊《Analytical Chemistry》上发表的题为“Sulfur-DopedGraphene Quantum Dots as a Novel Fluorescent Probe for Highly Selective andSensitive Detection of Fe³⁺”的文章中，作者使用电化学的方法制备出了一种硫掺杂的石墨烯量子点，将该石墨烯量子点用于对金属离子的检测，发现其对Fe³⁺具有很好的特异性选择功能，在0-0.7μM的浓度范围内，金属离子的浓度与石墨烯量子点的荧光强度呈线性关系，其对Fe³⁺的检测限可以达到4.2nM，由于Fe³⁺在人体中具有重要的作用，这对于实现对Fe³⁺的高灵敏度检测具有重要的意义。中国专利CN201610975932.7 ，公开了一种用于可视化检测重金属离子的碳量子点的制备方法 ，其制备方法为将L–半胱氨酸按质量比为0.017~0.117%溶于水中，然后在160~200℃进行充分反应，得到碳纳米量子点水溶液。本发明制备方法所使用的原料单一、合成工艺简单，合成温度较低，成本低廉，绿色无污染，而且所得到的碳量子点水溶性好，可以直接用于Cu²⁺离子或Pb²⁺离子在水溶液中的可视化检测，降低了检测的复杂性以及成本。此外，康涅狄格大学的Xiangcheng Sun等人在《Nanoscale》发表了题为“One-pot and ultrafast synthesis of nitrogen and phosphorus co-dopedcarbon dots possessing bright dual wavelength fluorescence emission”的文章，在该文章中，作者使用微波的方式制备出一种N,P掺杂的碳量子点，该掺杂型碳量子点表现出了较高的荧光强度，且在不同的激发波长下，可以显示不同的荧光，这是一种可以实现快速大量制备掺杂型碳量子点的方法，该碳量子点可以广泛应用于荧光成像、检测及能源储存等领域。