[发明专利]一种高发光强度碳纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米材料制备技术领域，具体涉及一种由有机酸与氨基酸制备高发光强度碳纳米粒子的方法。

背景技术

生物学研究的一个主要目标就是在细胞、组织和活体等不同层面上引入外来发光标记材料进行体内细胞成像和体外分析检测等。有机染料是最早应用于生物标记的一类发光材料。但是，由于它们的荧光寿命短、易光漂白等缺点，应用一直非常受限。半导体量子点，如CdSe、CdTe等，由于具有化学稳定性好、发光强度高、谱线窄、发光波长随组成和大小可调节等一系列优点，在医学诊断、生物成像、离子检测等领域得到了广泛的应用。但是，半导体量子点存在着光闪烁现象，而且因为其组成中通常含有重金属离子Cd²⁺，对细胞或生物大分子的活性及环境存在潜在的危害性。发展生物兼容性好、标记性能卓越的新型生物标记材料是生物标记技术发展的重要条件。碳纳米粒子作为新的荧光材料，具有荧光稳定，无光闪烁；本身不含重金属元素，生物相容性好，毒性低；环境友好等优点。碳纳米粒子已经逐渐成为生物医学领域中最具有应用前景的环境友好型荧光标记材料。

目前，碳纳米粒子的制备方法主要有激光消融法、浓酸氧化法、电化学制备法、有机物碳化法等。但以上方法往往需要昂贵的仪器、严格的实验条件，而制备出的碳纳米粒子产率低、分离困难，发光强度低。为了增加碳纳米粒子的荧光强度，一般采用强酸或表面钝化剂进一步修饰处理。因此发展一种简单、高效、一步法合成高发光强度的碳纳米粒子的制备方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种一步法合成高发光强度碳纳米粒子的制备方法。该方法简单易行、反应条件温和且环境友好，成本低，易扩大生产。

本发明的碳纳米粒子制备方法，具体步骤是：

（1）将有机酸和氨基酸固体在研钵中混合研磨均匀，有机酸和氨基酸的质量比为5:1~1:2，优选2:1~1:2；

（2）将混合研磨后的有机酸和氨基酸固体加入多元醇溶剂中搅拌均匀，得到有机酸和氨基酸的多元醇混合液；

（3）将有机酸和氨基酸的多元醇混合溶液转入反应釜中，在120℃ ~ 180℃条件下溶剂热反应3~6小时，将反应釜自然冷却到室温，从而得到碳纳米粒子溶液。

所述的有机酸为酒石酸、抗坏血酸、水杨酸、富马酸中的任意一种。

所述的氨基酸为酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸中的任意一种。

所述的多元醇为乙二醇、一缩二乙二醇中的任意一种。

混合研磨后的有机酸和氨基酸在多元醇中的质量百分比浓度为2~10%，优选2.2~9.7%。

利用该方法制备碳纳米粒子，具有以下优点：

    （1）本发明制备的碳纳米粒子不需要后续的强酸或表面钝化处理，一步法就可以得到高发光强度的碳纳米粒子；

    （2）原材料酒石酸、抗坏血酸、水杨酸、富马酸、酪氨酸、谷氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、乙二醇、一缩二乙二醇均为普通试剂，来源广泛，价格便宜；

    （3）合成设备仅需普通烘箱和水热反应釜，设备简单，反应温度较低，操作方便，易于控制，对环境无污染；

    （4）合成出的碳纳米粒子发光强度高，稀释100 ~ 400倍后呈现明亮的发光。

    （5）本发明制备的碳纳米粒子可以直接作为荧光探针应用于生物医学检测、细胞和组织成像等领域。

附图说明

图1：碳纳米粒子的X射线衍射（XRD）图（对应实施例1产物）

图2：碳纳米粒子在透射电镜（TEM）下的照片（对应实施例1产物）

图3：碳纳米粒子水溶液的荧光最佳激发发射光谱图（对应实施例1产物）

图4：碳纳米粒子水溶液在不同波长光激发下的荧光光谱图（对应实施例1产物）

图5：碳纳米粒子的红外光谱图（对应实施例1产物）

图6：不同反应温度得到的碳纳米粒子的荧光性质光谱图，使用实施例1中的原料以及配比，反应时间为6小时，不同反应温度下得到的产物稀释后在420 nm处激发；

图7：不同反应时间得到的碳纳米粒子的荧光强度变化图，使用实施例1中的原料以及配比，180℃水热，反应不同时间（单位：小时），得到产物稀释后在420nm处激发；

图8：不同反应物配比得到的碳纳米粒子的荧光强度变化图，180℃反应6小时，得到产物稀释后在420nm处激发；

图9：碳纳米粒子水溶液在不同波长光激发下的荧光光谱图（对应实施例3产物）。

具体实施方式：

实施例1