[发明专利]水溶性荧光碳纳米粒子的热解合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性荧光碳纳米粒子的热解合成方法，属纳米碳材料制备工艺技术领 域。

背景技术

荧光纳米材料广泛应用于显示技术、半导体照明、激光器以及细胞的荧光标记。其中， 荧光纳米材料在生物医学中的应用备受科技界的高度重视。以CdSe为代表的半导体量子点 荧光材料是最早被用作荧光探针应用到细胞的荧光观测。然而，随着生物效应的评估，发现 这类材料不适合于临床应用(活体细胞的荧光观测)。最主要担心是其中含有对细胞有很强毒 性的金属离子。这是半导体量子点荧光材料应用于生物领域难以克服的挑战。另一方面，半 导体量子点荧光效率难以保持稳定。表面稳定剂很容易脱附导致量子点发生团聚，荧光效率 急剧下降。它们的保存也是难题，通常只能保存在溶液中，时间一长就会发生凝聚，不再可 溶，且荧光严重衰减。另外，高度发光的半导体量子点通常为亲油性的，不能直接应用于生 物体系。因此，制备具有低毒甚至无毒、荧光稳定、能长期以固态形式无团聚存放、荧光产 率高、峰宽窄、易于生物相容等优点的新型荧光纳米材料代表了当前纳米材料研究的一个重 要发展方向。

与量子点相比，荧光碳纳米粒子具有优越的生物相容性和低毒性，对细胞损伤小，尤其 在活体生物标记具有独特的优势。与有机生物染料相比，荧光碳材料具有较高稳定性，抗光 漂白性强。因此，荧光碳纳米粒子是理想的生物荧光标记材料之一。近年来，由于荧光碳纳 米粒子的独特的优势，科学工作者研究了多种制备方法合成荧光碳纳米粒子。2006年，美籍 华人孙亚萍课题组发现，用激光剥蚀石墨产生的足够小的碳纳米粒子经多步后处理(强酸氧 化后再进行类似于碳管的表面功能化处理如聚合物包裹)后，能稳定发射荧光。毛成德小组 以不发光的蜡烛灰颗粒为前驱物，用强酸氧化的办法获得了只有1纳米小的水溶性的荧光碳 纳米粒子，非常接近Chen等利用类似的方法成功地从天然气灰中分离出5纳米左右的发光碳 纳米微粒。丁志峰小组以碳纳米管为前驱物，利用电化学处理制备了均匀大小的荧光的碳纳 米晶。Gogotsi课题组利用强酸氧化，表面嫁接ODA的方法获得油溶性的发射蓝色荧光的金 刚石纳米微粒。Li等利用二氧化硅为模板，在二氧化硅上原位生长碳的先驱物，然后通过热 解的方法得到碳纳米微粒，再通过聚合物包裹得到能够有效发光的荧光碳纳米粒子。 Giannelis课题组在300℃煅烧十八胺和柠檬酸盐混合前躯体合成出十八胺包裹的油溶性的 无定型碳纳米粒子。以柠檬酸盐和HOCH₂CH₂OCH₂CH₂NH₂为前躯体，先溶解在水溶液中，蒸干后 煅烧制备出水溶性的无定形碳纳米粒子。尽管制备方法简单，但是量子产率较低，约3％。目 前文献报道的荧光碳纳米微粒的量子产率如下表1所示：

表1目前文献报道的荧光碳纳米微粒的量子产率