本发明属于荧光、抗菌碳纳米材料
技术领域：
，具体涉及一种可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法及其产品、应用。
背景技术：
：碳量子点作为新型的碳纳米材料正像雨后春笋一样迅速发展起来，其作为典型的零维纳米材料，相对于其他的碳纳米材料、有机染色剂以及半导体量子点，其具有极好的化学稳定性和光稳定性，良好的生物相容性和细胞通透性，优异的水溶性，易于表面改性，激发波长依赖性和低毒性等等。其本身所具有优良的理化性质正在吸引着越来越多人的研究兴趣。从广义上来讲，碳量子点是指微观形状接近准球型，一般具有10nm以下的尺寸，具有优异荧光性能的纳米材料。碳量子点的内部是由sp2杂化的碳原子组成，外部是由sp3杂化的碳原子组成，碳量子点具有良好的水溶性主要是因为其表面有大量的羟基、羧基和环氧官能团。此外，碳量子点易于合成，原材料来源广泛且廉价，因此研究者更加集中于其在细胞标记、生物成像和药物载体等生物领域的潜在应用。技术实现要素：本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。为克服现有技术关于碳量子点的不足，提出了本发明。因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法，其包括，混合：将氨基酸、醋酸氯己定与水混合；反应：混合后加热反应；冷冻：经过冷冻干燥得到可抗菌的n掺杂碳量子点。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：所述混合，其中，所述氨基酸与所述醋酸氯己定的质量比为1：1，所述与水混合，为每1g氨基酸、1g醋酸氯己定与40～60ml水混合。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：所述混合，还包括将氨基酸、醋酸氯己定与水混合后，在10～20℃搅拌反应15～30min，所述搅拌，其速度为600～800r/min。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：所述反应，温度为180～200℃，时间为6～12h。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：所述冷冻干燥，其温度为-60～-50℃，真空度为9～10pa，处理时间为20～28h。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：其还包括，冷却：将经过所述加热反应的产物冷却；离心：冷却后进行离心；过滤：离心后过滤，之后进行冷冻干燥得到可抗菌的n掺杂碳量子点。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：所述冷却，包括冷却至15～30℃，所述过滤，包括用微孔滤头进行过滤。作为本发明所述可抗菌的n掺杂碳量子点的制备方法的一种优选方案：所述离心，包括在11000～13000rpm的条件下离心8～10min。作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中的不足，提供权利要求1～8任一所述的制备方法制得的n掺杂碳量子点。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：权利要求1～8任一所述的制备方法制得的n掺杂碳量子点，其中：所述n掺杂碳量子点，其平均粒径为4.5～7.5nm，层间距为0.3～0.4nm。作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中的不足，提供权利要求1～9任一所述的n掺杂碳量子点的应用。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：权利要求1～9任一所述的n掺杂碳量子点的应用，其中：所述n掺杂碳量子点能够应用于细胞荧光标记、抗菌。本发明的有益效果：(1)本发明使用氨基酸为碳源，不需要加入任何的表面钝化剂，一步就能制备n掺杂的高荧光碳量子点，简化了实验过程，提高了制备过程的效率。(2)本发明所制备碳量子点产率高，尺寸小，并且具有良好的水溶性、优越的荧光性能和良好的生物相容性等特点，给未来的碳量子点在生物和农业等领域的应用奠定了重要的理论基础。(3)本发明所制备的碳量子点对所选择的细胞系没有毒性。(4)本发明所制备的碳量子点具有优异的荧光性能和抗光漂白性实现细胞荧光标记方面的应用。(5)本发明所制备的碳量子点抗菌功能十分明显，给未来抗菌剂的研究与应用奠定了重要的理论基础。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的粒径分布图。图2为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点xrd光谱图。图3为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的激发和发射的谱图。图4为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点不同激发波长下的发射光谱图。图5为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的紫外-可见光谱分析图。图6为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的红外光谱图。图7为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点与mcf-7细胞培养后的激光共聚焦显微镜成像图。图8为本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的菌落数图。图9为本发明实施例5的可抗菌n掺杂的碳量子点的菌落数图。图10为本发明实施例6的可抗菌n掺杂的碳量子点的菌落数图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例1：可抗菌n掺杂碳量子点的制备：步骤1，分别称取1.0g的色氨酸和1.0g醋酸氯己定粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，在15℃的条件下以800rpm搅拌20min。步骤2，将溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在200℃下恒温加热12h。步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至20℃。步骤4，将得到的浅黄绿色溶液置于离心机中以13000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥其中温度为-55℃，时间为24h，真空度为9.6pa得到n掺杂的荧光碳量子点粉末。图1是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的粒径分布图；图中显示出n掺杂的碳量子点平均粒径为5.5nm。图2是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点xrd光谱图；图中显示出n掺杂的碳量子点2θ为27.84°处出现特征吸收峰，层间距大约是0.34nm，具有良好的晶体结构。图3是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的激发和发射的谱图；图中显示出n掺杂的碳量子点的最大激发与发射波长为355nm和454nm。图4是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点不同激发波长下的发射光谱图；表明n掺杂的碳量子点拥有激发波长依赖性。图5是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的紫外-可见光谱分析图；图中显示出n掺杂的碳量子点在220nm处有一个强的吸收峰，这是因为π-π*电子跃迁造成的，同时，图中280nm处也有一个宽的吸收峰，这主要是因为n-π*电子跃迁造成的。图6是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的红外光谱图；图中显示出3420cm-1处出现了o-h或n-h的伸缩振动，这可能是n-cqds表面上羟基或氨基的特征吸收峰。而且，n-cqds在1600cm-1吸收峰对应的是n-h的弯曲振动，1670cm-1吸收峰有可能是c＝c和c＝o的伸缩振动，而1410cm-1和1600cm-1吸收峰分别归因于羧酸阴离子的对称和不对称的伸缩振动，说明n-cqds表面上连有大量的羧酸基团，而在500-900cm-1吸收峰是c-h的弯曲振动。图7是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点与mcf-7细胞培养后的激光共聚焦显微镜成像图。从图中可以看出，激发波长在405nm时，细胞显示蓝色荧光，激发波长在488nm时，细胞显示绿色荧光，激发波长在543nm时，细胞显示红色荧光，表明碳量子点具有多色发光的性能。图8是本发明实施例1的可抗菌n掺杂的碳量子点的菌落数图。从图中可以看出，n掺杂的碳量子点可以抑制细菌的生长，并且浓度越高抗菌性能越好，表明碳量子点具有抗菌性能。实施例2：可抗菌n掺杂碳量子点的制备：步骤1，分别称取1.0g的色氨酸和1.0g醋酸氯己定粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，在15℃的条件下以800rpm搅拌20min。步骤2，将溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在200℃下恒温加热10h。步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至20℃。步骤4，将得到的浅黄绿色溶液置于离心机中以13000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥其中温度为-55℃，时间为24h，真空度为9.6pa得到n掺杂的荧光碳量子点粉末。对所制得的可抗菌n掺杂的荧光碳量子点粉末进行成分及特性检测得，所制得的可抗菌n掺杂的碳量子点分散性良好、均一、没有团聚；制得的可抗菌n掺杂的碳量子点平均粒径为4.8nm；制得的可抗菌n掺杂的碳量子点的层间距大约是0.38nm，具有良好的晶体结构。实施例3：可抗菌n掺杂碳量子点的制备：步骤1，分别称取1.0g的色氨酸和1.0g醋酸氯己定粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，在15℃的条件下以800rpm搅拌20min。步骤2，将溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在200℃下恒温加热8h。步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至20℃。步骤4，将得到的浅黄绿色溶液置于离心机中以13000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥其中温度为-55℃，时间为24h，真空度为9.6pa得到n掺杂的荧光碳量子点粉末。对所制得的可抗菌n掺杂的荧光碳量子点粉末进行成分及特性检测得，所制得的可抗菌n掺杂的碳量子点分散性良好、均一、没有团聚；制得的可抗菌n掺杂的碳量子点平均粒径为5.0nm；制得的可抗菌n掺杂的碳量子点的层间距大约是0.36nm，具有良好的晶体结构。实施例4：可抗菌n掺杂碳量子点的制备：步骤1，分别称取1.0g的色氨酸和1.0g醋酸氯己定粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，在15℃的条件下以800rpm搅拌20min。步骤2，将溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在200℃下恒温加热6h。步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至20℃。步骤4，将得到的浅黄绿色溶液置于离心机中以13000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥其中温度为-55℃，时间为24h，真空度为9.6pa得到n掺杂的荧光碳量子点粉末。对所制得的可抗菌n掺杂的荧光碳量子点粉末进行成分及特性检测得，所制得的可抗菌n掺杂的碳量子点分散性良好、均一、没有团聚；制得的可抗菌n掺杂的碳量子点平均粒径为5.8nm；制得的可抗菌n掺杂的碳量子点的层间距大约是0.35nm，具有良好的晶体结构。表1在180℃下水热法反应时间对碳量子点荧光强度的影响组别6h8h10h12h荧光强度450530580620从表1可知200℃下水热法合成荧光碳量子点的最佳反应时间为12h。实施例5：可抗菌n掺杂碳量子点的制备：步骤1，分别称取1.0g的赖氨酸和1.0g醋酸氯己定粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，在15℃的条件下以800rpm搅拌20min。步骤2，将溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在200℃下恒温加热12h。步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至20℃。步骤4，将得到的浅黄绿色溶液置于离心机中以13000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥其中温度为-55℃，时间为24h，真空度为9.6pa得到n掺杂的荧光碳量子点粉末。图9是本发明实施例5的可抗菌n掺杂的碳量子点的菌落数图。从图中可以看出，n掺杂的碳量子点可以抑制细菌的生长，表明碳量子点具有抗菌性能。实施例6：可抗菌n掺杂碳量子点的制备：步骤1，分别称取1.0g的谷氨酸和1.0g醋酸氯己定粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，在15℃的条件下以800rpm搅拌20min。步骤2，将溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在200℃下恒温加热8h。步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至20℃。步骤4，将得到的浅黄绿色溶液置于离心机中以13000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥其中温度为-55℃，时间为24h，真空度为9.6pa得到n掺杂的荧光碳量子点粉末。实施例7：实施例1制备的可抗菌n掺杂碳量子点溶液(2mg/ml)用于标记mcf-7细胞，如图7所示，细胞形态良好，可见n掺杂碳量子点没有细胞毒性，可用于荧光标记活细胞。取出生长状况良好的人乳腺癌细胞mcf-7细胞，在酒精灯下把培养瓶打开，弃去原有的培养液，加入2mlpbs缓冲溶液清洗细胞的表面2次，弃去pbs后，加入1ml的胰蛋白酶消化液充分消化后，吸取适量的10％胎牛血清dmem培养液终止消化，反复的轻轻吹打细胞使其从瓶壁脱落，使其形成均匀的单细胞悬液，吸取1ml的细胞悬液于petri培养皿中，置于37℃的co2培养箱中接种12h后，弃去原有的培养液，加入用dmem培养液配制的2mg/ml的n-cqds溶液，在co2培养箱中静置6h后，弃去原有的n-cqds溶液，用pbs缓冲溶液清洗3次后，加入适量的5％的多聚甲醛溶液，在4℃的冰箱过夜固定后，使用激光扫描共聚焦荧光显微镜在明场、405nm、488nm和543nm激发下观察细胞荧光状态，并拍照记录。实施例8：实施例1制备的可抗菌n掺杂碳量子点溶液(0mg/ml、0.5mg/ml、1mg/ml、2mg/ml)与活化后的大肠杆菌按100：1的比例在37℃恒温培养箱中振荡培养24h，然后将其稀释105倍，取稀释后的液体0.1ml涂到固体培养基表面，放入37℃恒温培养箱中再培养24h，取出观察菌落数。实施例9：实施例5制备的可抗菌n掺杂碳量子点溶液(0mg/ml、0.5mg/ml、1mg/ml、2mg/ml)与活化后的大肠杆菌按100：1的比例在37℃恒温培养箱中振荡培养24h，然后将其稀释105倍，取稀释后的液体0.1ml涂到固体培养基表面，放入37℃恒温培养箱中再培养24h，取出观察菌落数。实施例10：实施例6制备的可抗菌n掺杂碳量子点溶液(0mg/ml、0.5mg/ml、1mg/ml、2mg/ml)与活化后的大肠杆菌按100：1的比例在37℃恒温培养箱中振荡培养24h，然后将其稀释105倍，取稀释后的液体0.1ml涂到固体培养基表面，放入37℃恒温培养箱中再培养24h，取出观察菌落数。图10是本发明实施例6的可抗菌n掺杂的碳量子点的菌落数图。从图中可以看出，n掺杂的碳量子点可以显著抑制细菌的生长，表明碳量子点具有显著抗菌性能。本发明使用氨基酸为碳源，不需要加入任何的表面钝化剂，一步就能制备n掺杂的高荧光碳量子点，简化了实验过程，提高了制备过程的效率。本发明所制备碳量子点产率高，尺寸小，并且具有良好的水溶性、优越的荧光性能和良好的生物相容性等特点，给未来的碳量子点在生物和农业等领域的应用奠定了重要的理论基础。本发明所制备的碳量子点对所选择的细胞系没有毒性。本发明所制备的碳量子点具有优异的荧光性能和抗光漂白性实现细胞荧光标记方面的应用。本发明所制备的碳量子点抗菌功能十分明显，给未来抗菌剂的研究与应用奠定了重要的理论基础。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12