[发明专利]一种高荧光量子产率的碳量子点制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高荧光量子产率的碳量子点的制备方法及其应用，属于纳米技术和荧光成像领域。本发明首先合成三种含有氨基、羟基、羰基等官能团的碳量子点，然后对三种碳量子点进行表面修饰，显著提升碳量子点的荧光量子产率。本发明所述的碳量子点绝对荧光量子产率最高提升至62.1％。本发明还公开了所述高荧光量子产率的碳量子点在超稳定白光发射和超分辨荧光成像方面的应用。本发明所述的合成方法简单、方便，制备得到的碳量子点具有高荧光量子产率、毒性低、抗光漂白能力强。

技术领域

本发明属于纳米技术和生物成像技术领域，涉及一种高荧光量子产率的碳量子点制备方法及其应用。

背景技术

碳量子点(CDs)最近成为一种受到广泛关注的荧光团，因为它们具有许多突出的优点，包括优异的光稳定性、尺寸小、生物相容性好、可调的光致发光特性、卓越的多光子激发特性、电化学发光、易于用生物分子功能化和化学惰性。这些发光的碳量子点为生物成像和光学传感器件提供了前所未有的机会。由于它们的尺寸小和生物相容性好，它们还可以作为药物递送的有效载体，同时允许可视化监测药物释放的动力学。此外，它们独特的催化和物理化学性质有望实现各种生物医学应用。对于碳量子点的荧光，它们的荧光发射主要来源于量子限域效应。随着碳原子数的增多，CDs的尺寸越来越大，其发射波长越长。因此，CDs的荧光发射峰会随着其尺寸增加而逐渐发生红移，这种尺寸依赖的发射红移是由于π-电子离域而导致的带隙减小所致。另一方面，研究发现碳量子点掺杂能够明显提高碳量子点的荧光量子产率。然而，这些研究工作主要集中在研究影响碳量子点荧光性能的内在因素，而官能团和表面修饰可以改变碳量子点的表面态，对于研究影响碳量子点荧光性能的外部因素(即表面态)较少报道。目前，限制碳量子点的应用主要在于其较低的荧光量子产率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高荧光量子产率的碳量子点地制备方法及其在超稳定白光发射和生物成像中的应用，所述碳量子点具有荧光量子产率高、多色荧光发射、抗光漂白能力强、毒性低等优点。

本发明提供了一种高荧光量子产率的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别将邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺溶解到溶剂中，然后超声溶解。

步骤(1)中，所述的邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺的量分别为20-30mg；优选地，为25mg。

步骤(1)中，所述的溶剂的体积为20-30mL；优选地，为20mL。

步骤(1)中，所述的溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇等中的一种或多种；优选地，为乙醇。

步骤(1)中，所述的超声的时间为10-15min；优选地，为12min。

(2)将上述溶液分别转入高压反应釜中，加热反应后得到不同的碳量子点。

步骤(2)中，所述的加热反应的温度为180-220℃；优选地，为200℃。

步骤(2)中，所述的反应的时间为8-10h；优选地，为9h。

(3)将上述得到的不同碳量子点在溶剂中用透析袋进行透析纯化，然后得到纯化后的碳量子点，分别记作oCD，mCD和pCD。

步骤(3)中，所述的透析袋分子量为100-1000Da；优选地，为100-500Da。

步骤(3)中，所述的溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇等中的一种或多种；优选地，为乙醇。

步骤(3)中，所述的透析时间为12-16h；优选地，为14h。

(4)分别将纯化后的碳量子点与甲氧基乙醛进行席夫碱偶联反应。

步骤(4)中，所述的碳量子点、甲氧基乙醛的浓度比为10:(15-20)；优选地，为10:15。