CN109399607B - 一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用微波法快速制备两亲性碳量子点的方法，属于碳纳米材料领域。其是利用柠檬酸、三乙烯四胺、吐温20作为碳量子点合成的起始原料，在700w微波照射下反应得到碳量子点，经过二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯萃取和透析后最终得到两亲性碳量子点。本发明方法过程简单、条件温和、易操作，反应时间短，制备材料廉价易得，所得两亲性碳量子点可用生物成像、药物载体等领域。

Description

一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法

技术领域

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法。

背景技术

碳量子点是近年兴起的新型碳纳米材料，因其拥有众多的优良性能而受到人们的广泛关注。其被发现于2004年，美国克莱蒙森大学Xu等人在剥离提纯单层碳纳米管时，偶然发现了这种新型的荧光碳纳米材料，这种新奇的材料一经发现，立即受到了人们极大的研究热情。碳量子点的合成方法主要可以分为两种类型，一种是自上而下法，一种是自下而上法。前者就是通过放电，激光烧蚀和电化学氧化等手段把大的碳结构打碎，从而得到碳量子点。例如通过对单层碳纳米管进行电弧放电制备碳量子点，电化学氧化多壁碳纳米管制备碳量子点等等。自下而上法就是使用一些分子作为碳源，例如柠檬酸、甘油、葡萄糖、乙醇等等，通过热处理、燃烧、微波等方式使这些分子碳化重组，从而得到碳量子点。目前为止，通过上述方式人们已经制备合成了各种类型的碳量子点。

一般认为，碳量子点是准球形结构，其核心主要是由共轭的sp²杂化碳原子构成，类似氧化石墨烯的结构。由于碳量子点的核心几乎都是由碳元素组成、所以相对于金属量子点而言，其毒性非常低，生物相容性好，对环境的危害小，造价也更便宜。除了低毒特性之外，碳量子点还具有高的量子产率、可调谐的光学性质以及上转换发光性质。其量子产率可以媲美半导体量子点和有机染料，并且在不同激发光的激发下可以发射多种颜色的荧光。正是由于具有合成成本低廉、合成方法简单、绿色、表面可修饰部位多，尺寸分布窄等特点以及以上诸多特性，所以其已经逐渐被应用于化学传感、生物传感、生物成像、光动力治疗以及光电催化等等。

除了组成碳量子点核心的碳元素外，在制备碳量子点的时候，也通过设计也可引入其它原子，例如N、P甚至金属元素等。其它元素的掺杂可以调节量子点的光学性质以及赋予其特殊功能。例如在制备碳量子点的时候，引入一些多胺化合物作为钝化剂，则会极大程度的提高碳量子点的量子产率。引入Fe³⁺、Gd³⁺等金属离子，则有可能赋予这些碳量子点磁感应能力。除了引入一些特殊的元素外，还可以利用一些特殊的碳量子点合成起始原料，引入特殊功能的官能团。例如使用透明质酸作为起始原料，则制备的碳量子点表面就可能会残留部分透明质酸基团，从而使其具有透明质酸的靶向功能。

目前为止，大部分合成的碳量子点都是溶于水溶液的，少部分碳量子点可以溶于有机溶剂。即能溶于有机溶剂又能溶于水水溶液的两亲性碳量子点却十分少见，并且这些报道的两亲性碳量子点合成路径也较为复杂，往往需要前期起始原料的复杂合成或者后期的复杂官能化修饰。两亲性碳量子点的优势在于其能溶于有机溶剂，从而十分方面对其进行化学修饰以对其进行官能化。另外，其自身的两亲性能也十分有利于通过疏水作用和π-π堆积作用负载一些抗癌药物。本发明利用吐温20自身的两亲性，使其作为合成碳量子点的起始原料，从而使制备得到碳量子点具有很好的两亲性能。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，一种可溶于有机溶剂和水的两亲性量子点材料的制备方法，该方法过程简单、条件温和、易操作，制备材料廉价易得。所得两亲性碳量子点可用生物成像、药物载体等领域。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)分别称取0.5-4g吐温20、0.5-4g三乙烯四胺、0.5-4g柠檬酸与250ml锥形瓶中，然后加入5-10ml纯净水；超声3min分钟使吐温20、三乙烯四胺和柠檬酸混合均匀；

步骤2)把步骤1)的混合溶液置于家用微波炉转盘中间，然后700w输出功率下微波加热1.5-5min；

步骤3)待步骤2)中的反应液冷却至室温后，加入30-50ml二氯甲烷并超声2-3min以萃取产品；之后收集二氯甲烷并使用10000rpm的转速离心10-20min除去不溶物，旋干后得油状反应物；再次加入30-50ml丙酮并超声2-3min以溶解油状反应物，并使用10000rpm的转速离心10-20min除去不溶物后旋干溶剂；最后加入30-50ml乙酸乙酯超声2-3min再次溶解产品，使用10000rpm的转速离心10-20min除去不溶物后旋干溶剂得到粗产品；

步骤4)把步骤3)中的产品使用2000Da的透析袋透析24小时，冻干即得最终产品，产品储存于-20度。

本发明的有益效果为：1、本发明原料廉价易得、成本低廉，制备工艺简单，条件温和，反应时间短。2、本发明采用采用了生物相容性很好的吐温20以及柠檬酸作为起始原料，进一步提高了制备的两亲性碳量子点的生物相容性，且由于吐温20的存在，是制备的碳量子点表面残留有十二烷基而具有两亲性性能。3本发明所制备的碳量子点具有很好的两亲性能以及荧光性能，有望成为生物相容性极好的药物运输载体以及细胞成像试剂。

附图说明

图1为本发明的两亲性碳量子点的合成路线图。

图2为本发明的制备的两亲性碳量子点分散于不同的有机溶剂和水溶液，并在365nm激光下发射强烈的蓝色荧光图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)分别称取2g吐温20、2g三乙烯四胺、2g柠檬酸与250ml锥形瓶中，然后加入5ml纯净水。超声3min分钟使吐温20、三乙烯四胺和柠檬酸混合均匀。

步骤2)把步骤1)的混合溶液置于家用微波炉转盘中间，然后700w输出功率下微波加热2min。

步骤3)待步骤2)中的反应液冷却至室温后，加入40ml二氯甲烷并超声3min以萃取产品。之后收集二氯甲烷并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物，旋干后得油状反应物。再次加入40ml丙酮并超声3min以溶解油状反应物，并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂。最后加入40ml乙酸乙酯超声3min再次溶解产品，使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂得到粗产品。

步骤4)把步骤3)中的产品使用2000Da的透析袋透析24小时，，冻干即得最终产品，产品储存于-20度。

实施例2

一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)分别称取3g吐温20、3g三乙烯四胺、3g柠檬酸与250ml锥形瓶中，然后加入8ml纯净水。超声3min分钟使吐温20、三乙烯四胺和柠檬酸混合均匀。

步骤2)把步骤1)的混合溶液置于家用微波炉转盘中间，然后700w输出功率下微波加热3min。

步骤3)待步骤2)中的反应液冷却至室温后，加入30ml二氯甲烷并超声2min以萃取产品。之后收集二氯甲烷并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物，旋干后得油状反应物。再次加入30ml丙酮并超声2min以溶解油状反应物，并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂。最后加入30ml乙酸乙酯超声2min再次溶解产品，使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂得到粗产品。

步骤4)把步骤3)中的产品使用2000Da的透析袋透析24小时，，冻干即得最终产品，产品储存于-20度。

实施例3

一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)分别称取1.5g吐温20、1.5g三乙烯四胺、1.5g柠檬酸与250ml锥形瓶中，然后加入5ml纯净水。超声3min分钟使吐温20、三乙烯四胺和柠檬酸混合均匀。

步骤2)把步骤1)的混合溶液置于家用微波炉转盘中间，然后700w输出功率下微波加热1.7min。

步骤3)待步骤2)中的反应液冷却至室温后，加入45ml二氯甲烷并超声3min以萃取产品。之后收集二氯甲烷并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物，旋干后得油状反应物。再次加入45ml丙酮并超声3min以溶解油状反应物，并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂。最后加入45ml乙酸乙酯超声3min再次溶解产品，使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂得到粗产品。

步骤4)把步骤3)中的产品使用2000Da的透析袋透析24小时，冻干即得最终产品，产品储存于-20度。

实施例4

一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)分别称取1g吐温20、1g三乙烯四胺、1g柠檬酸与250ml锥形瓶中，然后加入5ml纯净水。超声3min分钟使吐温20、三乙烯四胺和柠檬酸混合均匀。

步骤2)把步骤1)的混合溶液置于家用微波炉转盘中间，然后700w输出功率下微波加热1.5min。

步骤3)待步骤2)中的反应液冷却至室温后，加入35ml二氯甲烷并超声2min以萃取产品。之后收集二氯甲烷并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物，旋干后得油状反应物。再次加入35ml丙酮并超声2min以溶解油状反应物，并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂。最后加入35ml乙酸乙酯超声2min再次溶解产品，使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂得到粗产品。

步骤4)把步骤3)中的产品使用2000Da的透析袋透析24小时，冻干即得最终产品，产品储存于-20度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种通过微波法快速合成两亲性碳量子点的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)分别称取2g吐温20、2g三乙烯四胺、2g柠檬酸与250ml锥形瓶中，然后加入5ml纯净水；超声3min后使吐温20、三乙烯四胺和柠檬酸混合均匀；

步骤2)把步骤1)的混合溶液置于家用微波炉转盘中间，然后700w输出功率下微波加热2min；

步骤3）待步骤2）中的反应液冷却至室温后，加入40ml二氯甲烷并超声3min以萃取产品；之后收集二氯甲烷并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物，旋干后得油状反应物；再次加入40ml丙酮并超声3min以溶解油状反应物，并使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂；最后加入40ml乙酸乙酯超声3min再次溶解产品，使用10000rpm的转速离心20min除去不溶物后旋干溶剂得到粗产品；

步骤4）把步骤3）中的产品使用2000Da的透析袋透析24小时，冻干即得最终产品，产品储存于-20度。

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