[发明专利]一种以海藻为碳源的荧光碳量子点的制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种以海藻为原料制备生产荧光碳量子点的方法，包括以下步骤：(1)清洗海藻原料以去除杂质，将海藻和水一起粉碎，得到海藻浆料；(2)将适量海藻浆料放入密封体系中进行高温水热反应并使海藻浆体碳化；(3)对步骤(2)中碳化产物进行后处理以去除不溶物以及大尺寸的组分，得到荧光碳量子点溶液；(4)将步骤(3)中的荧光碳量子点溶液进行冷冻干燥处理，得到荧光碳量子点粉末。其有效地将廉价的海藻，特别是浒苔转化为具有荧光特性的纳米尺寸的碳量子点，实现浒苔的高附加值和无害转化；同时制备方法工艺简单、操作性强、成本低、可以实现大规模的碳量子点的制备,无需使用其他化学药品，环境友好；制备过程中产品收率高。

技术领域

本发明属于功能性纳米材料技术领域，具体涉及一种具有荧光特性的碳量子点的制备方法，特别涉及一种以海藻为碳源制备具有荧光特性的碳量子点细胞标记探针的方法。

背景技术

功能性纳米材料是近年来发展非常迅速的一个技术领域，科学家们已经成功地制备出包括有机高分子小球、微脂粒、半导体量子点、硅量子点、上转化纳米探针、贵金属纳米颗粒、磁性纳米小球等等在内的多种纳米材料，并利用它们的各种优异性能开发出了多种技术手段，在医学检测，疾病诊断，能源电池，环境评估、污染治理等各领域广为应用。

碳量子点是纳米材料领域一个新的研究热点。它是指直径在2-40纳米范围内的碳原子微球。碳量子点在保留碳材料各种优良的物理化学性能的同时，表现出显著的荧光特性和良好的水相分散性。实验表明碳量子点可以直接作为一种安全有效的荧光探针，被各种细胞内化从而对这些细胞进行荧光标记，而表面修饰的碳量子点能够特异性地标记肿瘤细胞。总之，碳量子点在生物检测以及生物分析等领域具有重要的应用价值。

碳量子点的制备方法主要有两大类，一类是利用高纯石墨、炭黑和碳纳米管为原料，利用电子束光刻蚀、电化学氧化、化学剥离、微波及超声辅助、氧等离子处理等方法，破坏石墨片层之间的相互作用力，同时在片层内形成大量的氧化基团，将石墨烯片层切割开得到小尺寸的碳量子点；另外一类是利用柠檬酸和乙二胺等小分子化合物，在一定温度下进行缩合反应，生成具有较高分子量的碳量子点。这两种制备方法的原料都是高纯度的化合物，成本较高。并且合成的过程中常常会用到浓硝酸和浓硫酸，反应副产物的无害化处理较为复杂。近年来，科学家发现了多种天然有机物制备碳量子点的方法，如中国专利CN2014108419973公开了一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料的方法，中国专利CN2012102644112一种光致放光碳量子点的制备方法公开了采用豆浆残渣为原料制备碳量子点的方法，中国专利2013102199000公开了以植物叶子为原料制备碳量子点的方法，然而这些天然有机物制备过程中普遍存在产品收率低，如采用豆浆残渣产品收率为5-7.3％，且过程中涉及到硫酸、氢氧化钠等化学药品的使用，不属于绿色生产工艺，此外这些原材料仍然具有价格较高，来源有限的缺点。

我们国家耕地资源有限，但是拥有广阔的海洋面积，海藻的产量巨大，能够作为一种价低量高的生物质资源。浒苔是大型天然野生海藻的一种，具有繁殖能力强，环境适应范围广的特点。近年来随着全球气温变暖、水体富营养化等一系列环境因素的改变，海洋浒苔绿潮连续暴发。中国黄海最早于2007年便出现浒苔，迄今为止连续九年爆发浒苔绿潮灾害。例如2015年6月在山东沿海海域有较大面积浒苔漂浮，绿潮覆盖面积约430平方公里，分布面积约35200平方公里(新华网新闻)。大量浒苔漂浮聚集在海面，阻塞了船舶航行的通道。以此同时，浒苔的大量生长增殖以及腐烂分解的过程都需要消耗大量氧气，对其生长海域其他水生生物的生存构成严重威胁。得不到及时清除的浒苔腐烂时发出恶臭，影响沿海旅游业发展。如何对浒苔进行无害化处理，将其‘变废为宝’是我们面临的一个严峻挑战。目前对浒苔的无害化处理主要途径是将其制成饲料，或者加工食用。

基于以上论述，设计实现有效的途径，将浒苔转化为具有功能性的荧光碳量子点材料，对于浒苔的高附加值无害转化具有重要的现实意义。

发明内容