[发明专利]一种荧光碳点mPD-CDs及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种荧光碳点mPD‑CDs及其制备方法和应用，所述荧光碳点mPD‑CDs是间苯二胺(mPD)由一步水热碳化制备的。该荧光碳点可成功地用于动物细胞、真菌和细菌的免清洗多色细胞成像，具有高度的光稳定性和生物相容性。同时，该荧光碳点还有可以实现环境或生物体内多种离子的快速荧光检测。此外，由于荧光碳点mPD‑CD多色成像的特点，可以与其他不同激发波长的荧光染料共同使用，进一步拓宽了使用范围。

技术领域

本发明属于纳米材料及制备方法和用途领域，尤其涉及一种荧光碳点mPD-CDs及其制备方法和应用。

背景技术

离子对生命至关重要，在催化、渗透调节、信号传导和生物矿化等基本过程中发挥着至关重要的作用，而一些离子具有毒性，对人类健康构成严重威胁。比如，铁(Fe³⁺)、锌(Zn²⁺)、铜(Cu²⁺)和碘(I^-)是所有生命形式中普遍存在且必不可少的元素，具有重要的生理和病理功能。这些离子的浓度异常会导致各种疾病，如贫血、威尔逊/阿尔茨海默/帕金森病、肝炎、甲状腺疾病、神经损伤，甚至癌症。钆(Gd³⁺)是一种镧系元素，广泛用于放射增敏增强和磁共振成像(MRI)造影剂(Biomaterials.2017,121,109-120.)。然而，Gd³⁺可能会抑制钙通道和诱导肾功能不全患者的肾源系统纤维化。镉(Cd²⁺)和汞(Hg²⁺)具有剧毒，广泛分布于环境中，可通过食物链进行生物累积。即使在非常低的浓度下，Cd²⁺也可能导致各种疾病，如癌症、肺损伤、肾功能不全、生殖缺陷和骨折，而Hg²⁺可能会损害人体各种器官和免疫系统(Sensors and Actuators B:Chemical.2017,243,244-253)。因此，生物体内的离子检测是生物分析和生物医学科学的中心课题，对于人类健康和环境保护具有重要的意义。

基于此，人们建立里各种离子检测方法，例如原子吸收光谱、原子荧光光谱、超瑞利散射和感应式耦合等离子体质谱。这些方法具有很高的准确性和灵敏度，但需要复杂的样品处理和昂贵的仪器，限制了它们在实验室和工业中的应用。此外，这些检测方法无法检测活细胞中的离子。因此，迫切需要开发新型有效且方便的离子检测策略，特别是在活细胞中。

与有机染料和半导体量子点相比，碳点(carbon dots,CDs)具有出色的性能，包括出色的光学特性、易于制备和功能化、毒性低、生物相容性高和水溶性好。因此，碳点在生物成像和生物传感中应用广泛。人们致力于开发基于碳点的荧光探针，用于离子检测，如金属离子Cd²⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，和阴离子S^2-和I^-等。通常，一种碳点只能检测一种离子。然而，使用一种碳点用于多种离子的检测将具有操作方便、成本低和节省时间的优点。迄今为止，用于检测两种或多种离子的荧光碳点传鲜有报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种高光稳定性和高生物安全性多色荧光碳点及其制备，以及该荧光碳点在多色细胞成像和生物内多离子检测的应用。

技术方案：本发明的荧光碳点mPD-CDs，所述荧光碳点mPD-CDs由间苯二胺为原料通过一步水热法制备获得。

本发明还公开荧光碳点mPD-CDs的制备方法，包括如下步骤：

(1)将mPD溶解于去离子水中，得到mPD溶液，并转移入水热釜中，160-200℃下反应6-18h；

(2)将步骤(1)中得到的反应产物在15000rpm下离心5-20min，收集上清液，将其进一步通过0.22μm滤膜过滤以除去大颗粒，得到碳点；