[发明专利]一种具有荧光性质的水溶碳纳米粒子的制备方法

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水热合成方法，属于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示。其中，荧光纳米材料在生物医学中的应用倍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，发现这类材料不适于临床应用（活体细胞的荧光观察）。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，且荧光强度衰减。另外，高度发光的半导体量子点通常是亲油性的，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材料研究的一个重要发展方向。

近年来，碳量子点的出现引起人们极大的兴趣。与半导体量子点相比，碳量子点具有优越生物相容性和低毒性，对细胞损伤小等特点，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和抗光漂白性。因此，碳量子点是一种理想的生物荧光探针。目前，报道制备碳量子点的方法总体上可以划分成两类：一类是用碳材料如石墨和金刚石等制备碳量子点，如文献[1]报道用激光剥蚀石墨产生的足够小的碳颗粒，然后聚合物包覆后，得到可见光区域荧光可调的碳量子点。文献[2]报道了利用多碳纳米管作为电极通过电化学法合成碳量子点。文献[3]报道了利用水热法切割石墨烯纳米片，得到大小约10nm左右的蓝色荧光石墨烯量子点。文献[4]利用活性炭为前驱物，制备了生物兼容性的碳量子点。文献[5]报道了用富勒烯为前驱物电化学法制备了蓝色荧光碳量子点。

另一类直接利用含碳分子前驱物来合成。如文献[6]报道用铝箔或玻璃片收集蜡烛灰经硝酸氧化，离心透析后用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离得到碳量子点。文献[7]报道了用柠檬酸钠作为分子前驱体在300℃下空气退火得到水溶性碳量子点。专利文献CN 102180459 A报道了热解植物茎秆，所得产物经聚乙二醇高温包覆后得到碳量子点。专利文献CN 101787278 A报道了在N₂气氛下热解乙二胺四乙酸钠盐，得到高量子产率的碳量子点。文献[7]报道了用二氧化硅作为支撑，用酚醛树脂作为碳源，通过热解制备了荧光可调的碳量子点。文献[8]报道了微波热解葡萄糖得到碳量子点。

主要参考文献：

[1] Sun Y P, Zhou B, Lin Y, Wang W, Fernando K A S, et al. Quantum-Sized Carbon Dots for Bright and Colorful Photoluminescence [J]. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128: 7756-7757.

[2] Zhou J, Booker C, Li R, Zhou X, Sham T K, Sun X, Ding Z F. An Electrochemical Avenue to Blue Luminescent Nanocrystals from Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs) [J]. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129: 744-745.

[3] Dengyu Pan, Jingchun Zhang, Zhen Li, and Minghong Wu, Hydrothermal route for cutting graphene sheets into blue-Luminescent graphene quantum dots [J]. Adv. Mater. 2010, 22, 734-738

[4] Qiao Z A, Wang Y, Gao Y, Li H, Dai T, Liu Y, Huo Q. Commercial Activated Carbons as the Sources for Produding Multicolor Photoluminescent Carbon Dots by Chemical Oxidation [J]. Chem. Commun., 2010, 46: 8812-8814