[發明專利]一種基于碳納米顆粒的比例熒光溫度計及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610994202.1
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106840447B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 甘志星;張力發
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01K11/20;C09K9/00;B82Y40/00;C01B32/15
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種基于碳納米顆粒的比例型熒光溫度計，采用溫敏型熒光碳納米顆粒。其中，碳納米顆粒的尺寸為1?20nm，碳納米顆粒為結晶態，其晶格條紋間距為0.21nm。本發明通過簡單的水熱處理蔗糖水溶液，得到具有溫敏特征熒光性質的碳納米顆粒，在360nm的紫外光激發下，碳納米顆粒的發光譜在波長450nm和517nm兩處具有明顯的熒光峰，這兩個熒光峰的強度比值與溫度呈線性關系，且熒光強度隨著溫度增加逐漸猝滅，根據熒光強度比值的變化實現溫度的傳感。本發明的熒光溫度計靈敏度高、可靠性好，其制備方法簡單，成本低廉，易大量制備。在微納環境溫度檢測、生物傳感器等方面具有很好的應用價值和前景。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，涉及一種具有溫敏特征熒光性質的碳納米顆粒的熒光溫度計及其制備方法，并以此為基礎實現溫度傳感的應用。

背景技術

溫度傳感器在科學技術的發展中一直發揮著極其重要的作用，占據著目前傳感器市場上75％～80％的份額。在生物醫學方面，溫度可以在一定程度上反應細胞新陳代謝的情況，通過溫度的檢測可以研究細胞內部發生的變化。最新的研究也表明，不同細胞的溫度存在一定的差異，同一細胞在不同狀況下溫度也會發生變化。所以對單一細胞或細胞局部的溫度檢測顯得非常重要。因此，也對溫度傳感器提出更高的要求，其不僅僅要有較高的溫度分辨率，還應該有非常高的空間分辨率。

由于特定材料的溫度變化時，熒光強度、熒光顏色、熒光壽命或熒光偏振會發生變化，所以根據這些熒光特征的變化就可以實現溫度檢測。熒光溫度計由于具有反應迅速，空間分辨率高，非接觸的工作方式等特點逐漸引起大家的關注。但是目前已開發出來的熒光溫度計由于生物相容性差、靈敏度不夠高以及會受到背底熒光的干擾等不足，其應用受到了很大的限制。設計并開發新一代熒光溫度計來克服這些不足顯得尤為重要。此外，目前的絕大多數熒光溫度計都是通過熒光光譜來反應溫度的，因此測試溫度都離不開熒光光譜儀，而一臺精度較高的熒光光譜儀通常價值不菲，從國產小型到進口大型的熒光光譜儀，價格從十幾萬到一百多萬不等。因此開發肉眼可直觀識別溫度變化的熒光材料也具有重要價值。

基于量子點、有機染料、稀土離子螯合物等的熒光溫度計已經得到迅速的發展，并開始逐漸被應用到生物方面。利用碳納米顆粒相對于有機染料而言，光穩定性更好。而相對于傳統的金屬硫化物、金屬硒化物量子點，碳納米顆粒又具有生物兼容性好的特點，因此基于熒光碳納米顆粒的傳感器有其自身的顯著優勢。

熒光溫度計是通過熒光強度來反應環境溫度的，要求熒光強度只隨溫度變化。而實際應用中，如果激發光的強度出現波動、熒光顆粒的分布不均勻、測量光路出現擾動等，熒光強度都會出現變化，使得溫度測量的可靠性受到影響。而比例型熒光溫度計，可以同時獲得兩個熒光峰，上述干擾因素出現時，兩個熒光峰的強度會等比例變化，兩個熒光峰的比值不會出現變化，具有更高的溫度傳感的可靠性。

目前為止，雖然熒光碳納米顆粒的制備方法已經有很多，但是普遍涉及多種化學原料，需要多步反應或者復雜的處理步驟，方法繁瑣。特別是要實現在單一波長激發下，觀察到兩個不同位置的發光峰仍很困難。因此其傳感方面的應用也受到限制。

發明內容

針對以上現有技術中存在的不足，本發明提供了一種基于碳納米顆粒的比例型熒光溫度計，其穩定性好、靈敏度高。同時提供了該比例型熒光溫度計的制備和應用方法，在納米熒光溫度計、生物傳感器等方面具有很好的應用價值和前景。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于碳納米顆粒的比例型熒光溫度計，采用溫敏型熒光碳納米顆粒，碳納米顆粒的尺寸為1-20nm；所述碳納米顆粒為結晶態，其晶格條紋間距為0.21nm。