[發明專利]一種高熒光氮摻雜碳量子點、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201710245400.2
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107090288A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張仟春;謝思琪;王興益;付予錦;李飛;王苑
• 申請（專利權）人: 興義民族師范學院
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;G01N21/64
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司52002
• 代理人: 袁慶云

技術領域

本發明屬于碳納米材料領域，具體涉及一種高熒光氮摻雜碳量子點，同時還涉及該高熒光氮摻雜碳量子點的制備方法，及該高熒光氮摻雜碳量子點在生物成像中的應用。

背景技術

重金屬量子點因其出色的發光性能被廣泛的研究，然而，他們大部分具有較高的毒性和較高的生產成本。探究生物相容性好、優良光致發光性能、低毒，較小粒徑的熒光材料，并滿足生物成像、藥物運輸、熒光油墨等應用，具有較大潛在應用價值。熒光碳量子點由生物相容性優異的碳元素作為核心組件，量子點材料因其納米大小又常表現出宏觀尺寸材料所不具備的特異性能，并具有良好的光學性能，高亮度和小尺寸是碳量子點最具吸引力的兩個優點，因而吸引了科學家極大的關注。因碳量子點的平均尺寸小于10nm，易進入細胞或動物體后仍保持熒光性能，可用為熒光探針跟蹤生物大分子或生物反應過程。因此，熒光碳量子點具有廣泛的應用前景，包括生物傳感、成像、光催化、藥物運輸和熒光油墨等領域。

目前，研究者建立了多種制備熒光碳量子點的方法：激光刻蝕法、電弧放電法、化學氧化法、電化學法、超聲處理、微波輻射法和水熱法。其中，水熱法被認為是一種簡單、高效制備熒光碳量子點的方法，它是將所選碳源置于密閉的水熱反應釜中，高溫下水熱反應釜內會產生高壓環境,使碳源發生碳化形成碳量子點，水熱法具有成本低、產率高、后處理簡單等優勢，目前己廣泛應用于碳量子點制備領域，但其碳量子點的熒光活性位點少、產率低(大部分小于15％)、選擇性等成為發展的瓶頸。近年來，通過異原子摻雜等方法來克服，提高其產率及增加活性位點，其中采用氮摻雜是目前研究最多的方法，但普遍存在氮摻雜熒光效率不高，制備復雜。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種熒光效率高，制備簡單，低毒、良好的生物相容性及水溶性、粒徑小的高熒光氮摻雜碳量子點。

本發明的另一目的在于提供該高熒光氮摻雜碳量子點的制備方法。

本發明的再一目的在于提供該高熒光氮摻雜碳量子點在豆芽和宮頸癌細胞成像中的應用。

本發明的一種高熒光氮摻雜碳量子點，其氮的含量可達15.5～19.2％，平均熒光壽命為4.41～4.51ns，熒光量子產率最高可達20.3～32.9％。

本發明的一種高熒光氮摻雜碳量子點的制備方法，包括以下步驟：

(1)將L-瓜氨酸溶解于去離子水中使其濃度為0.010～0.040g/mL，超聲震蕩5～20min，再采用水熱法在180～220℃反應8～24h獲取碳點溶液；

(2)將碳點溶液在17000～20000r/min超速離心20～40min，再用0.22μm濾膜過濾，獲得碳點溶液。

本發明的高熒光氮摻雜碳量子點在豆芽和宮頸癌細胞中的應用。

本發明與現有技術相比，具有明顯的有益效果，從以上技術方案可知：本發明采用前驅體L-瓜氨酸為碳源，采用一步水熱法制備氮摻雜的碳量子點，本發明具有低細胞毒性和良好的生物相容性及水溶性，低毒，粒徑小等特點。適用于體內外熒光成像、藥物運輸、熒光油墨等領域。與其他含氮有機物為碳源合成的碳量子點相比，本發明制備的氮摻雜的碳量子點中氮的含量為15.5～19.2％，平均熒光壽命為4.46ns，熒光量子產率最高可達32.9％，且具有低細胞毒性和良好的生物相容性，在豆芽和宮頸癌細胞生物成像中具有廣泛的應用價值。

附圖說明

圖1本發明的氮摻雜碳量子點的紅外表征。

圖2本發明的氮摻雜熒光碳量子點的光電子能譜圖，其中(a)是全譜圖，(b)是碳元素的分峰圖，(c)是氮元素的分峰圖，(d)是氧元素的分峰圖。

圖3本發明的氮摻雜熒光碳量子點的熒光壽命圖。

圖4本發明的的氮摻雜碳量子點在不同激發波長下對應的發射光譜圖。

圖5本發明的氮摻雜碳量子點的掃描電鏡(a)和透射電鏡(b)圖。

圖6本發明的氮摻雜熒光碳量子點的原子力顯微鏡表征圖。

圖7本發明的氮摻雜碳量子點的粒徑分布圖。

圖8本發明的氮摻雜熒光碳量子點的熒光量子產率測試數據圖。

圖9本發明的氮摻雜熒光碳量子點的pH穩定性測試數據圖。

圖10本發明的氮摻雜熒光碳量子點的細胞毒理實驗結果圖。

圖11本發明的氮摻雜的熒光碳量子點在豆芽中的應用。

圖12本發明的氮摻雜的熒光碳量子點在宮頸癌細胞(Hela)中的應用。

具體實施方式

實施例1