[發明專利]一種熒光氨基碳量子點及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410222883.0
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104004516A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 王小慧;梁梓承;孫潤倉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;G01N21/64
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明涉及一種由木聚糖/氨水混合物通過一步方法制備具有強熒光性的氨基碳量子點的方法及其應用，屬光學和高分子和生物質化工領域。

背景技術

碳量子點是一種新型的碳材料，在生物成像、藥物傳遞、催化、傳感、光電轉換等領域有廣闊的應用前景。近年來，碳量子點因其熒光性、化學惰性、水溶性以及低毒性，而成為發光材料研究的熱點。它有效地克服傳統半導體量子點中重金屬的使用對環境的危害。但是目前制備碳量子點的方法大都需要苛刻的條件，冗長的過程，且需用胺基終端聚合物(如PEG_1500N等)進行鈍化，以提高量子產率。制備過程復雜，高能耗，原料昂貴，使用強酸和有機溶劑等缺點成為制約碳量子點推廣到實際應用的重要因素。因此，尋求一種簡單，廉價，綠色，適用于大規模生產的方法制備碳量子點成為困擾人們的難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氨基碳量子點，采用木聚糖作為碳前驅物，氨水作為分散劑和鈍化劑，利用水熱條件下模擬生物礦化，對木聚糖分子進行碳化，并同時對其進行了有效的表面鈍化，有效地克服了一般制備方法費時昂貴的缺陷，獲得了具有納米尺度和強藍色熒光的氨基碳量子點；而且，通過細胞毒性和細胞成像實驗，有效地檢驗了材料的低細胞毒性和良好的生物相容性。

本發明的另一目的在于提供一種制備氨基碳量子點的方法，該方法簡單，廉價，綠色，且適用于大規模生產。

本發明還提供了上述碳量子點的應用，由于該碳量子點的水溶液具有低細胞毒性和強熒光性，可應用于體外細胞成像，并且有望在活生物體成像中得到應用。

本發明的目的通過以下技術方案得以實現：

一種熒光氨基碳量子點的制備方法，其特征在于，制備步驟如下：

(1)將氨水溶液與經提純處理的木聚糖混合，攪拌使木聚糖分散于溶液中，直至無明顯的塊狀沉淀為止；

(2)將混合物移至帶有不銹鋼外襯的聚四氟乙烯反應釜內，密封置于馬弗爐中水熱處理；

(3)將產物冷卻至室溫后，進行超聲分散處理；

(4)處理后的產物進行冷凍離心分離，除去沉淀，收集上清液，得到熒光氨基碳量子點水溶液；

(5)將產物水溶液進行旋蒸，蒸發大部分水分，真空干燥得到熒光氨基碳量子點。

優選地，所述步驟(1)中木聚糖分子量為2-5萬。

優選地，所述步驟(1)中氨水溶液的濃度為0.1-25％(v/v)。

優選地，所述步驟(1)中木聚糖的濃度為0.04～0.06g/ml。

優選地，所述步驟(2)中水熱處理的條件為：溫度180-220℃，時間6-12h。

優選地，所述步驟(3)中超聲分散的條件為：功率70-100W，時間0.5-1h，溫度為室溫。

優選地，所述步驟(4)中冷凍離心的條件為：溫度0℃，轉速12000-15000rpm，時間15-20min，重復2-3次。

優選地，所述步驟(5)中，所述真空干燥的條件為：溫度60℃，時間48h。

上述熒光氨基碳量子主要應用于體外細胞成像。

本發明通過水熱條件下氨水對碳量子點的鈍化作用，有效提高了碳量子點的熒光性質，獲得尺寸更小的氨基碳量子點。該碳量子點與未經鈍化處理的“裸”碳量子點相比，表面帶有大量的氨基和酰胺基團，熒光性質有明顯的變化，量子效率有顯著的提升。并且在細胞毒性和細胞成像實驗中表現低細胞毒性和良好的生物相容性。該碳量子點在生物成像，疾病診斷和藥物傳遞領域具有廣闊的應用前景。

本發明與現有技術相比具有如下優點和有益效果：

(1)木聚糖作為碳前驅物，氨水同時作為分散劑和鈍化劑，通過一步水熱處理制備得到具有納米尺度的氨基碳量子點，鈍化處理能顯著改變熒光性質，提高量子產率；

(2)細胞毒性和細胞成像實驗證明了該氨基碳量子點具有低細胞毒性和良好的生物相容性，能有效地對目標細胞進行標記；

(3)整個制備工藝簡單、廉價、綠色，適用于大規模生產；

(4)制備工藝為半纖維素高值化利用提供了新的途徑。

附圖說明

圖1為實施例1中制備的碳量子點的高倍電鏡照片。

圖2為實施例1中制備的碳量子點的C1s譜圖。

圖3為實施例1中制備的碳量子點的N1s譜圖。

圖4為實施例1中制備的碳量子點的熒光光譜。

圖5為實施例1中得到的細胞毒性實驗數據。

圖6為實施例1中得到的細胞成像照片，左圖為暗場照片，右圖為明亮場照片。