[发明专利]一种碳量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及碳纳米材料技术领域，具体提供了一种碳量子点及其制备方法和应用，其原料包括碳源和稀土化合物，所述碳源包括苯二胺与有机酸，研究发现通过采用苯二胺与有机酸的混合物为碳源，搭配稀土元素的掺杂使用，使得到的碳量子点的荧光波长明显延长，从而可以降低生物组织的背景荧光，同时可以增加组织穿透性。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，具体涉及一种碳量子点及其制备方法和应用。

背景技术

钙离子(Ca²⁺)是机体所有生理活动中不可缺少的离子。Ca²⁺在细胞维护和生物学功能中发挥着不可或缺的作用，在某些激素的作用机制中也发挥着重要作用，这些激素都是由Ca²⁺表达的。Ca²⁺作为第二信使控制的分化、增殖、迁移、生长和凋亡。阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病的影响因素可能与细胞内Ca²⁺浓度异常变化密切相关。在对癌细胞的研究中，逐渐证明肿瘤的发生和转移也与癌细胞中Ca²⁺水平的异常调控密切相关。因此，对Ca²⁺的高灵敏度和快速检测越来越成为研究的目标范畴。

目前，现有的Ca²⁺检测方法有原子吸收光谱法、量热法、电感耦合等离子体、核磁共振、离子选择电极法。不幸的是这些方法通常需要昂贵的设备和繁琐的样本。由于细胞内钙水平检测的重要性，开发简单、经济、高效的Ca²⁺检测方法很有必要。

目前，碳量子点发出的光大多为蓝色荧光，例如，申请人早期专利CN11096450A中公开了一种用于钙离子检测的碳点荧光探针及其制备方法，其波长较短(450nm左右)，而生物组织的自身荧光多为蓝光，因此该碳量子点在应用于生物成像时不利于靶信号与背景信号的区分；此外，蓝色光对组织的穿透性较差，限制了体内深层组织的光学成像，进而限制了碳量子点在生物学的应用。

因此，为了满足碳量子点的推广应用的实际需求，亟需提供一种能够延长碳量子点荧光发射波长的制备方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种具有明显延长的荧光波长的碳量子点。

为此，本发明提供了一种碳量子点，其原料包括碳源和稀土化合物，所述碳源包括苯二胺与有机酸。

进一步地，稀土化合物的质量占碳源总质量的5-50％，优选为10-30％，最优选15％。

进一步地，所述有机酸选自柠檬酸、抗坏血酸、苹果酸、酒石酸、琥珀酸、乳酸、水杨酸、咖啡酸中的至少一种，优选为苹果酸。

进一步地，所述苯二胺选自对苯二胺和/或邻苯二胺。

进一步地，所述稀土化合物选自氯化钆、氯化铒和氯化钇中的至少一种。

进一步地，所述苯二胺与有机酸的质量比为2-3.5：1。

进一步地，所述碳量子点的荧光发射波长为592-650nm，优选为605-630nm。

进一步地，所述碳量子点的红外光谱图上在3343cm^-1，3214cm^-1，1612cm^-1，831cm^-1和700cm^-1处具有吸收峰。

进一步地，所述碳量子点的粒径为4-8nm。进一步地，晶格间距为0.23nm。

本发明还提供了一种碳量子点的制备方法，包括如下步骤：将碳源和稀土化合物溶于水中，经水热反应，得到碳量子点；所述碳源为包括苯二胺与有机酸的混合物。

进一步地，所述水热反应的温度为140-200℃，优选为160℃。