[發明專利]一種氮摻雜碳量子點的簡易綠色合成方法

有效

• 申請號: 201410039846.6
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103788944A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 畢紅;滕羲瑤
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本發明屬于納米熒光材料的制備及應用技術領域，具體涉及一種氮摻雜碳量子點的綠色合成方法。

背景技術

作為一種新型的量子點，與傳統的金屬半導體量子點相比，碳量子點具有發光穩定性好、毒性低、生物相容性好和易表面修飾等優點，因此在生物標記、生物醫學成像、生物顯影、藥物篩選檢測、生物芯片、生物傳感等多個領域有著重要的應用。

目前，合成碳量子點的方法主要可以分為自上而下和自下而上兩類。其中，自下而上類方法，即通過水熱碳化、微波處理、化學氧化等手段從有機物中得到碳量子點，在控制碳量子點的形貌、尺寸和光學性能方面更有優勢，成為近年研究碳量子點合成的熱點。例如文獻L.?M.?S小時en,?L.?P.?Z小時an克,?M.?L.?C小時en,?X.?W.?C小時en,?J.?小時.?Wan克,?Carbon?2013,?55,?343?和Z.?Ma,?小時.?Min克,?小時.?小時uan克,?Y.?Liu?and?Z.?小時.?Kan克,?New?J.?C小時em.?2012,?36,?861.?然而，該類方法選用的原料價格比較高，不易獲得，合成過程需要非環境友好型的試劑，獲得的碳量子點的熒光量子產率低于10%，不能滿足實際生物應用的需求。因此，發展一種綠色、簡單易行且具有優異的熒光性質的碳量子點是十分必要且有意義的。

發明內容

本發明主要針對自下而上類方法制備碳量子點的碳源價格貴，難以獲取，制備過程涉及非環境友好型試劑的問題，提供一種氮摻雜碳量子點的簡易綠色合成方法。

本發明的一種氮摻雜碳量子點的簡易綠色合成方法，包括以下步驟：

（1）取魔芋粉于馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為450~550攝氏度，煅燒時間為1.5~2?小時，煅燒后將樣品磨成粉末；粉末粒度可以在150目以上；

（2）將上述得到的粉末分散于無水乙醇中，磁攪拌1~2?小時，用微孔濾膜抽濾，收集濾液；

（3）將濾液于55-65攝氏度烘干；

（4）向步驟（3）所得干燥粉末中加入蒸餾水，攪拌分散，以微孔濾膜抽濾，收集濾餅，于55-65攝氏度烘干，最終得到氮摻雜碳量子點。

步驟（1）所述魔芋粉為市售食品級魔芋粉，主要有效成分含量不低于50%。

步驟（1）煅燒時的升溫速度為每分鐘5~10攝氏度。

步驟（2）所述煅燒后的粉末分散在無水乙醇中時，1克粉末分散在8-12毫升的乙醇中。

步驟（2）循環處理2-3次為佳。

步驟（2）和步驟（4）所用微孔濾膜的孔徑在0.22微米以內?的有機微孔濾膜。

步驟（4）向干燥粉末中加入蒸餾水時，1毫克粉末加入1~2毫升的蒸餾水；

步驟（4）烘干時間為7~12?小時。

本發明是利用魔芋粉中的主要有效成分魔芋膠(葡甘聚糖和少量的氨基酸)在空氣中熱解過程中發生碳化形成氮摻雜的碳量子點，根據光電子能譜數據分析氮原子主要以吡啶氮的形式摻雜在碳量子點中。

本發明合成的氮摻雜碳量子點在紫外光、藍光和綠光的激發下可分別呈現藍光、綠光和紅光，其熒光性能可通過激發光波長、濃度、pH值來調節。這種方法簡單易操作，成本低，可用于大規模合成碳量子點。此外，合成的氮摻雜碳量子點可用于體外活細胞的顯影以及制備刺激響應材料，在生物標記、生物醫學成像、生物顯影、藥物篩選檢測、生物芯片、生物傳感等多個領域有著廣泛的應用前景。

本發明得到的氮摻雜碳量子點：

1）易溶解于無水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等有機溶劑，經超聲可分散于蒸餾水和pH值為7.4的磷酸緩沖液；

2）粒徑尺寸為0.3~2.4納米，表面具有豐富的含氧官能團(羥基、羧基、羰基等)，易于表面鈍化或修飾；

3）熒光量子產率在蒸餾水和無水乙醇中分別為13%和22%，可滿足于生物檢測、傳感等器件的應用。測試方法采用的是常用的參比法，即在相同激發波長下，分別測定待測樣和已知熒光量子產率參比樣(羅丹明B)的積分熒光強度以及在相同紫外激發波長下兩者的吸光度(吸光度值均小于0.1)，再將這些值代入下面公式：

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式中，Φ和Φr分別表示待測樣和參比樣的熒光量子產率；和分別為待測樣和參比樣的熒光積分強度；A和Ar分別為待測樣和參比樣在335納米激發波長下的入射光的吸光度；n和n_r分別為待測樣溶劑和參比樣溶劑的折射率。