[發明專利]一種基于殼寡糖?微波輔助制備水溶性熒光碳點的方法

在審

• 申請號: 201611213866.6
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106629662A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 劉鑫;張玲帆;姚建磊;馮旭陽;唐博;朱杰;馮巖
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;B82Y20/00;B82Y40/00;C09K11/65
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技術領域

本發明屬于生物醫用材料、納米發光材料領域，具體設計一種基于殼寡糖-微波輔助制備水溶性熒光碳點的制備方法。

背景技術

熒光碳點是一種新型的功能化納米材料，其粒徑一般小于10 nm或接近激光波爾半徑。與半導體量子點（如CdS量子點）和有機熒光染料分子相比，其基本骨架為碳，具有低細胞無毒、生物相容性好、易溶于水、熒光強度高且穩定性好、抗光漂白以及易功能化等優點，在發光材料、生物標記和成像，光電器件、生物傳感器、光催化復合材料以及離子分析檢測等領域均有廣泛的應用。近年來，文獻報道的熒光碳點的制備方法主要有兩類：無機碳源法（如：電化學法、激光輔助法）和有機碳源法（高溫碳化、濃酸碳化、模板法）。前者是基于從較大的碳結構上剝落或裂解成納米級碳顆粒，此方法需要嚴格的實驗條件或特殊的設備，制成的碳點粒徑分布不均勻，且產率低。后者則是直接以有機物為原材料，以有機小分子或聚合物分子為前驅體碳化形成碳點，產率高且成本低，其常用方法包括水熱合成法、化學合成法等。但是，通過此法合成的碳點分離難、熒光量子產率低，需要進一步表面修飾，嚴重制約了熒光碳點的實際應用。因此，選用優質有機碳源，開發產率高、操作簡單和熒光產率高的新合成方法是目前熒光碳點的研究重點。

根據現有文獻報道，選取含有氮元素的有機碳源制備碳點可以提高其熒光量子產率。其中，殼聚糖是自然界中廣泛存在的一種生物多糖，當殼聚糖通過適當的工藝降解后可以獲得水溶性殼寡糖，其分子鏈上除碳元素外，還含有大量的氨基基團，它既可以作為合成碳點的有機碳源，還可以作為鈍化劑。因此，本法選用殼寡糖為碳源，結合微波輔助技術，設計了一種操作簡單、產率高、易分離、熒光產率優良的熒光碳點的制備方法，以制備出高品質的熒光碳點來滿足實際的應用需求。

發明內容

本發明是針對現有熒光碳點制備方法操作復雜、分離難、產率低、粒徑分布不均勻及穩定性差等問題，而設計的一種水溶性熒光碳點的制備方法。本發明以殼寡糖為碳源、水為溶劑、醋酸為助溶劑，采用微波輔助法合成水溶性熒光碳點粉末，以提高熒光碳點的純度，擴大熒光碳點的使用范圍。

一種基于殼寡糖-微波輔助制備水溶性熒光碳點的制備方法，具體是按照以下步驟進行的。

（1）溶液配制：選取優質的殼寡糖為碳源，其分子量為1200 ~ 2000；去離子水為溶劑，分析純醋酸為助溶劑，溶液攪拌后獲得殼寡糖水溶液。三種物質的物料比為：1：（10 ~ 30）：0.2（質量比）。

（2）微波輔助制備：將（1）中獲得的殼寡糖水溶液裝入聚四氟乙烯消解罐中，密閉后置于微波消解儀中，反應功率：700 ~ 1600 W，加熱溫度：120℃ ~ 180℃，加熱時間：2 ~ 10 min。

（3）冷卻：微波合成后，停止加熱，自然冷卻至室溫。

（4）醇沉與分離：開啟聚四氟乙烯消解罐，將反應液倒入500 mL的燒杯中，加入一定量的醇試劑（3-5倍原溶液，醇試劑為：甲醇、乙醇、異丙醇等，首選乙醇），自然醇沉過夜。通過離心分離后，取上層清液，獲得熒光碳點水溶液。

（5）干燥：取熒光碳點水溶液置于真空干燥箱中，進行干燥，干燥溫度：50 ~ 80℃，干燥時間為12 ~ 24 h，具體視干燥效果而定。真空干燥后為固體熒光碳點粉末。

（6）表征：對獲得的固體熒光碳點粉末進行表征，熒光性能的分析，用透射電子顯微鏡進行形貌的分析，用熒光光譜儀進行熒光性能的分析；結論：用此法制備的水溶性熒光碳點，其粒徑≤5.0 nm，熒光強度良好，水溶性99%。

（7）儲存：對制備的水溶性熒光碳點儲存于棕色透明的玻璃容器中，密閉避光保存。

有益效果：本發明針對現有熒光碳點制備方法操作復雜、分離難、產率低、粒徑分布不均勻及穩定性差的問題，利用殼寡糖為碳源、水為溶解、醋酸為助溶劑，采用微波輔助制備水溶性熒光碳點；此方法工藝簡單、迅速快捷，獲得的熒光碳點熒光強度穩定，基本上不發生“漂白”現象；熒光碳點粒徑分布均勻，粒徑在5.0 nm左右，產物純度高，水溶性好，是一種制備水溶性熒光碳點的良好方法；其產物在離子檢測、生物成像，生物芯片和光電器件及熒光復合材料等領域具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明實施方式1中合成的熒光碳點溶液醇沉前的高分辨透射電鏡（TEM）圖。

圖2為本發明實施方式2中合成的熒光碳點溶液醇沉后的高分辨透射電鏡（TEM）圖。