专利名称：氨基碳量子点的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学及纳米材料科学领域，尤其是一种氨基碳量子点的制备方法及其应用。
背景技术：
量子点(Quantum Dots，QDs)，通常是指半径小于或接近激光波尔半径的半导体纳米晶体，是具有独特的光特性和电特性的纳米尺寸粒子。作为一种纳米荧光材料，与传统的有机染料分子相比具有光化学稳定性强，激发光谱宽，且连续分布，且发光颜色可调等优点，在发光器件，生物标记、生物检测和生物传感器等领域均有应用价值。然而，传统的半导体量子点均由高毒性的金属元素组成，因此具有不可逾越的缺陷，人体健康和环境污染问题一直备受关注，从而限制了其广泛的应用。近年来，继碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石之后，碳纳米材料家族诞生了一位新成员-碳量子点(Carbon Quantum Dots,或称为碳点)，其核心为粒径为小于IOnm的碳纳米颗粒，由于具有良好的荧光性能、优异的生物相容性、无毒和易于表面功能化，有望作为传统半导体量子点的替代物，逐渐成为光致发光领域内的研究热点。目前碳量子点的制备方法很多，所制备的碳量子点多是羧基修饰的；另一方面，现行的制备方法多数工艺步骤繁琐， 所得碳纳米颗粒需要表面钝化剂进行表面修饰过程后才能达到一定荧光性能，致使其反应产率低，难以规模化生产推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以通过微波辅制备表面富含氨基的碳量子点的方法，以及该氨基碳量子点的应用。为解决上述问题，本发明的一种氨基碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤I)将氨基葡萄糖粉末与浓度为10 50mmol/L的磷酸盐缓冲液按lg/60ml比例混合，室温条件下磁力搅拌，使氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；2)将透明溶液置于微波炉中，采用700W功率，微波辐射2 5min，获得含有碳量子点的溶液；3)将步骤2)得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500D，透析时间为72h,每间隔12h换一次水；4)将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；5)将浓缩溶液在-50°C条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得表面富含氨基的碳量子点。 所述磷酸盐缓冲液为Na2HPO4-NaH2PO4水溶液。所述氨基葡萄糖为D-氨基葡萄糖盐酸盐。所述步骤I)中，氨基葡萄糖粉末取O. 5g，磷酸盐缓冲液为30ml浓度为20mmol/L，PH 值为 7. 4 的 Na2HPO4-NaH2PO4 水溶液。所述氨基碳量子点用于活细胞荧光成像。采用本发明的方法制备氨基碳量子点，操作简单，成本低，收率高，制备工艺设备简易，使用家用机械式微波炉即可完成生产，且可在极短时间内完成操作，易于推广。获得的碳量子点表面富含氨基，易溶于水，荧光量子产率大大提高，且成功用于活细胞标记，具有广阔的应用前景。
图I为本发明中制备氨基碳量子点的反应示意图。图2为本发明中碳量子点的高倍透射电镜图。图3为本发明中碳量子点水溶液液滴的荧光显微镜图。图4为本发明中碳量子点水溶液光致发光谱。图5为本发明中碳量子点标记的C0S-7细胞激光共聚焦图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。实施例I :将O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL规格的烧杯中，再向烧杯内注入 30ml浓度为IOmmoI/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室温(15 25°C )条件下磁力搅拌，待氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；将烧杯置入家用机械式微波炉内的转盘中央，采用700W功率，对透明溶液进行微波辐射2min，获得含有碳量子点的棕黄色溶液， 待溶液自然冷却后注入到透析袋内(截留分子量500D)透析72h，每间隔12h换一次水，透析产物通过旋转蒸发方法除去大部分水，得到浓缩溶液。得到的浓缩液经_50°C冷冻干燥， 最终获得表面富含氨基的碳量子点，收率约14%，粒径在2 7nm范围，量子产率11. 2% ；实施例2 :将O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL烧杯中，再向烧杯内注入30ml浓度为20mmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(pH7. 4)，室温条件下磁力搅拌，待氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；将烧杯置入家用机械式微波炉内的转盘中央，采用700W功率， 对透明溶液进行微波辐射2min，获得含有碳量子点的棕红色溶液，待溶液自然冷却后注入到透析袋内(截留分子量500D)透析72h，每间隔12h换一次水，透析产物通过旋转蒸发方法除去大部分水，得到浓缩溶液。得到的浓缩液经_50°C冷冻干燥，最终获得表面富含氨基的碳量子点，收率约15%，粒径在3 7nm范围，量子产率10. 4% ;实施例3 :将O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL烧杯中，再向烧杯内注入30ml浓度为50mmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室温条件下磁力搅拌，待氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；将烧杯置入家用机械式微波炉内的转盘中央，采用700W功率， 对透明溶液进行微波辐射2min，获得含有碳量子点的褐色溶液，待溶液自然冷却后注入到透析袋内(截留分子量500D)透析72h，每间隔12h换一次水，透析产物通过旋转蒸发方法除去大部分水，得到浓缩溶液。得到的浓缩液经_50°C冷冻干燥，最终获得表面富含氨基的碳量子点，收率约17%，粒径在4 12nm范围，量子产率7. 0% ；实施例4 :将O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL烧杯中，再向烧杯内注入30ml浓度为lOmmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室温条件下磁力搅拌，待氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；将烧杯置入家用机械式微波炉内的转盘中央，采用700W功率， 对透明溶液进行微波辐射3min，获得含有碳量子点的棕红色溶液，待溶液自然冷却后注入到透析袋内(截留分子量500D)透析72h，每间隔12h换一次水，透析产物通过旋转蒸发方法除去大部分水，得到浓缩溶液。得到的浓缩液经_50°C冷冻干燥，最终获得表面富含氨基的碳量子点，收率约16%，粒径在2 9nm范围，量子产率10. 4% ;实施例5 :将O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL烧杯中，再向烧杯内注入30ml浓度为lOmmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室温条件下磁力搅拌，待氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；将烧杯置入家用机械式微波炉内的转盘中央，采用700W功率， 对透明溶液进行微波辐射4min，获得含有碳量子点的棕红色溶液，待溶液自然冷却后注入到透析袋内(截留分子量500D)透析72h，每间隔12h换一次水，透析产物通过旋转蒸发方法除去大部分水，得到浓缩溶液。得到的浓缩液经_50°C冷冻干燥，最终获得表面富含氨基的碳量子点，收率约17%，粒径在4 14nm范围，量子产率5. 7% ；实施例6 :将O. 5g氨基葡萄糖粉末放入IOOmL烧杯中，再向烧杯内注入30ml浓度为lOmmol/L的Na2HPO4-NaH2PO4水溶液(PH7. 4)，室温条件下磁力搅拌，待氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；将烧杯置入家用机械式微波炉内的转盘中央，采用700W功率， 对透明溶液进行微波辐射5min，获得含有碳量子点的黑褐色溶液，待溶液自然冷却后注入到透析袋内(截留分子量500D)透析72h，每间隔12h换一次水，透析产物通过旋转蒸发方法除去大部分水，得到浓缩溶液。得到的浓缩液经_50°C冷冻干燥，最终获得表面富含氨基的碳量子点，收率约14%，粒径在4 25nm范围，量子产率5.0% ；图I为本发明中制备氨基碳量子点的反应示意图。图中，石英比色皿盛有碳量子点水溶液，放置于紫外投射台上，经365nm激发光源激发后发出蓝色荧光。图2为本发明中碳量子点的高倍透射电镜图。图3为本发明中碳量子点水溶液液滴的荧光显微镜图。其中，3a为紫外光源激发呈蓝色图；3b为蓝色光源激发呈绿色图；3c为绿色光源激发呈红色图。图4为本发明中碳量子点水溶液光致发光谱。图中，I是370nm波长激发下采集的荧光光谱；2是390nm波长激发下采集的荧光光谱；3是410nm波长激发下采集的荧光光谱；4 是430nm波长激发下采集的荧光光谱；5是450nm波长激发下采集的荧光光谱；6是470nm 波长激发下采集的荧光光谱；7是490nm波长激发下采集的荧光光谱；内置为归一化(0，I) 的突光光谱。本发明中的碳量子点表面富含氨基，易溶于水，荧光量子产率大大提高，且成功用于活细胞标记。图5为碳量子点标记的C0S-7细胞激光共聚焦图。其中，5a是405nm波长激发后的照片；5b是488nm波长激发后的照片；5c是543nm波长激发后的照片；5d是5a、 5b和5c场景重叠照片。
权利要求
1.一种氨基碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)将氨基葡萄糖粉末与浓度为10 50mmol/L的磷酸盐缓冲液按lg/60ml比例混合， 室温条件下磁力搅拌，使氨基葡萄糖充分溶解，获得均匀的透明溶液；2)将透明溶液置于微波炉中，采用700W功率，微波辐射2 5min，获得含有碳量子点的溶液；3)将步骤2)得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500D，透析时间为 72h，每间隔12h换一次水；4)将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；5)将浓缩溶液在_50°C条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得表面富含氨基的碳量子
2.如权利要求I所述氨基碳量子点的制备方法，其特征在于所述磷酸盐缓冲液为 Na2HPO4-NaH2PO4 水溶液。
3.如权利要求2所述氨基碳量子点的制备方法，其特征在于所述氨基葡萄糖为D-氨基葡萄糖盐酸盐。
4.如权利要求3所述氨基碳量子点的制备方法，其特征在于所述步骤I)中，氨基葡萄糖粉末取O. 5g，磷酸盐缓冲液为30ml浓度为20mmol/L，PH值为7. 4的Na2HPO4-NaH2PO4 水溶液。
5.一种如权利要求I中所述的氨基碳量子点的应用，其特征在于所述氨基碳量子点用于活细胞荧光成像。
全文摘要
本发明公开了一种可以通过微波辅制备表面富含氨基的碳量子点的方法，以及该氨基碳量子点的应用，以氨基葡萄糖的磷酸盐水溶液为原料，以微波炉为反应平台，加热制备出具有荧光性能的碳量子点，通过透析与旋转蒸发后除去残余物和水分，获得碳量子点粉末。采用本发明的方法制备氨基碳量子点，操作简单，成本低，收率高，制备工艺设备简易，且可在极短时间内完成操作，易于推广。获得的碳量子点表面富含氨基，易溶于水，荧光量子产率大大提高，且成功用于活细胞标记，具有广阔的应用前景。
文档编号C09K11/65GK102604629SQ20121002716
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者刘长军, 张彦军, 李钒, 杨建 , 田丰 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所