CN109266337A - 一种多色荧光碳点的调控制备方法和应用 - Google Patents

一种多色荧光碳点的调控制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多色荧光碳点的调控制备方法和应用。荧光碳点制备步骤：称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，超声混匀，或调节溶液的pH后再超声混匀；将上述溶液转移至水热反应釜中，在200～220℃下反应8～10h，冷却至室温，离心，取上清液，通过透析处理，即得到纯净的碳点水溶液；将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到不同荧光发射的碳点。本发明操作步骤简单，不需经过表面钝化剂处理或修饰。所制得的碳点在水溶液中具有良好的溶解度和分散性。所制备的碳点量子产率较高，以罗丹明B(乙醇中量子产率为89％)为参照物，所得碳点的量子产率一般在7.4％‑13.6％之间。制备得到的荧光碳点可以用于自由基的清除和细胞成像。

Description

一种多色荧光碳点的调控制备方法和应用
技术领域
本发明涉及荧光碳点的制备和应用，具体属于一种多色荧光碳点的调控制备方法和应用。
背景技术
碳点由于优异的荧光性能、良好的化学稳定性、生物相容性及表面功能可调节性等特点，在生物成像、环境监测及纳米材料等诸多领域具有良好的应用前景。近年来，合成的碳点大多发出蓝绿色荧光且具有激发波长依赖性，这限制了其在生物医学和光电器件中的应用。丁等人使用一锅法合成荧光碳点并且通过二氧化硅柱色谱获得了多色荧光碳点，他们将碳点荧光的红移归因于量子尺寸效应和表面状态的不同(Acs Nano,10(2016)484-91)。包雷等人通过可控湿法氧化法制备得到了具有可调荧光的激发波长依赖性碳点，并揭示了碳点的荧光特性主要受其尺寸和表面氧化程度的影响(Advanced Materials,27(2015)1663-7)。这些文献已报道了多色荧光碳点的制备，但其方法相对耗时和繁琐，这严重限制了它们在光学检测中的实际应用，因此，开发简单且低成本的策略用于高效合成多色荧光碳点对于生物传感和生物医学具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种多色荧光碳点的调控制备方法和应用，所述荧光碳点制备简单且低成本。
本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种多色荧光碳点的调控制备方法，包括如下步骤：
1)称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，超声得到均匀混合溶液；或者称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入少量酸调节溶液的pH至3-4，超声得到均匀混合溶液；或者称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入少量碱调节溶液的pH至10-11，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200～220℃下反应8～10h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液。
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到黄色、红色或绿色不同荧光发射的碳点。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明操作步骤简单，不需经过表面钝化剂处理或修饰即可得到多色荧光碳点。
(2)本发明所制得的碳点在水溶液中具有良好的溶解度和分散性。
(3)本发明所制备的碳点量子产率较高，以罗丹明B(乙醇中量子产率为89％)为参照物，所得碳点的量子产率一般在7.4％-13.6％之间。
(4)制备得到的荧光碳点具有抗氧化作用，可以用于自由基的清除，扩大了碳点在抗氧化领域的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的原子力显微镜图；
图2为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的红外光谱图，图中横坐标为检测波长，纵坐标为透射率；
图3为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的XPS光谱图；
图4为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的紫外吸收光谱及荧光激发-发射光谱；
图5为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点对ABTS自由基清除效率对比图；
图6为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点对DPPH自由基清除效率对比图；
图7为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的细胞成像图。
具体实施方式
实施例1
1)称取0.3g的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入硫酸调节溶液的pH至4，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200℃下反应10h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到深红色碳点。其相对量子产率(以罗丹明B为标准)为12.5％，呈现红色荧光(R-CDs)。
实施例2
1)称取0.3g的对苯二胺溶解在20mL二次水中，然后向溶液中加入少量HCl调节溶液的pH至3，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200℃下反应8h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到紫色粉末状碳点。其相对量子产率(以罗丹明B为标准)为10.8％，呈现橙红色荧光。
实施例3
1)称取0.3g的对苯二胺溶解在二次水中，溶液不做任何酸碱处理，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200℃下反应10h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到紫色粉末状碳点。其相对量子产率(以罗丹明B为标准)为7.4％，呈现黄色荧光(Y-CDs)。
实施例4
1)称取0.3g的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入少量氨水调节溶液的pH至10，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200℃下反应10h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到紫色粉末状碳点。其相对量子产率(以罗丹明B为标准)为11.7％，呈现绿色荧光(G-CDs)。
实施例5
1)称取0.3g的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入少量NaOH调节溶液的pH至11，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200℃下反应10h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到紫色粉末状碳点。其相对量子产率(以罗丹明B为标准)8.1％，呈现绿色荧光。
实施例6
本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的原子力显微镜图如图1所示。(a)为红色荧光碳点(R-CDs)；(b)为黄色荧光碳点(Y-CDs)；(c)为绿色荧光碳点(G-CDs)。红黄绿三色碳点具有均一的尺寸，R-CDs平均高度约4.15nm,Y-CDs平均高度约3.76nm,G-CDs平均高度约2.28nm.
实施例7
本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的红外光谱图如图2所示。R-CDs，Y-CDs和G-CDs具有苯环结构且表面含有大量氨基。
实施例8
本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的红外光谱图如图3所示。R-CDs，Y-CDs和G-CDs具有C-N，C＝N及C-OH，C＝O结构，进一步说明了它们表面含有大量氨基并含有少量羧基。
实施例9
本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的光学性质谱图如图4所示。相对Y-CDs和G-CDs，R-CDs的UV-Vis吸收谱线在350-600nm处呈现一个新的吸收峰。R-CDs在516nm的激发下出现615nm的发射波长，呈红色荧光；Y-CDs在370nm的激发下出现560nm的发射波长，呈黄色荧光；G-CDs在361nm的激发下出现515nm的发射波长，，呈绿色荧光。
实施例10
本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点对ABTS自由基清除效率对比图如图5所示。这三种碳点清除自由基能力依次为G-CDs＞Y-CDs＞R-CDs。
实施例11
本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点对DPPH自由基清除效率对比图如图6所示。这三种碳点清除自由基能力依次为G-CDs＞Y-CDs＞R-CDs。
实施例12
为本发明实施例1、3、4制备的红色、黄色、绿色荧光碳点的细胞成像图如图7所示。使用肝癌细胞SMMC-7721分别在红色、黄色、绿色荧光碳点水溶液(pH＝7.4)中孵育2小时，三色碳点均充分分散到细胞质区域，R-CDs呈现红色荧光，Y-CDs呈现黄色荧光，R-CDs呈现绿色荧光。

Claims (6)

1.一种多色荧光碳点的调控制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，超声得到均匀混合溶液；或者称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入少量酸调节溶液的pH至3-4，超声得到均匀混合溶液；或者称取一定质量的对苯二胺溶解在二次水中，然后向溶液中加入少量碱调节溶液的pH至10-11，超声得到均匀混合溶液；
2)将上述溶液转移至50mL的水热反应釜中，在200～220℃下反应8～10h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液。
3)将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到黄色、红色或绿色不同荧光发射的碳点。
2.如权利要求1所述的一种多色荧光碳点的调控制备方法，其特征在于步骤1)中所述的酸为硫酸或HCl。
3.如权利要求1所述的一种多色荧光碳点的调控制备方法，其特征在于步骤1)中所述的碱为氨水或NaOH。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法制备的多色荧光碳点。
5.如权利要求4所述的多色荧光碳点在ABTS自由基清除中的应用。
6.如权利要求4所述的多色荧光碳点在制备细胞成像试剂中的应用。
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