[发明专利]一种基于功能性多肽制备低毒性多模式发光碳点的方法

说明书

本发明涉及一种基于功能性多肽制备低毒性多模式发光碳点的方法，以还原型谷胱甘肽为碳源、氮源、硫源，采用N₂气氛下热解制备，热解产物经研磨、水中超声分散、抽滤、真空干燥可得碳点粉末。用此方法所制发光碳点中，所含杂质原子N、S在碳点发光行为中发挥了重要作用，这使得在工作波段内，既存在激发独立波段也存在激发依赖波段，这将大大拓宽其应用范围。另外，由于还原型谷胱甘肽在生物体内的广泛存在，以还原型谷胱甘肽为碳源所得碳点表面含有大量羟基、羧基等与生物体兼容性较强的基团，使得其水溶性较好，便于拓展生物应用。

技术领域

本发明属于微纳生物技术领域，具体涉及一种低毒性多模发射的荧光碳点的制备方法

背景技术

荧光碳点作为一种新型的功能纳米材料，由于其优异的生物兼容性、水溶性、可修饰性等特点引起生物医学、材料科学等领域的广泛关注。与传统金属硫族化物量子点相比，它不含有镉或其他重金属，不会对生物体系造成严重的健康损坏。但是由于普通碳点本身具有的化学属性以及表面功能团所带电荷及分布，使其在生物标记过程中对生物微环境及细胞行为仍会造成潜在威胁和影响，比如活性氧的产生干扰细胞生长周期。

目前，碳点的制备主要有两大方法，即自上而下法和自下而上法，前者一般基于石墨烯、碳管、碳纤维等较大碳结构，将其裁剪或剥落成纳米小颗粒，此类方法要么需要特殊试验设备，要么需要大量强酸碱、强氧化物等实验条件，且产率低。后者直接以有机物为原料，采用水热反应、高温热解等方式制备碳点，该方法由于原料丰富、种类繁多，设备实验条件要求较低，现已作为主流方式用以制备碳点，但此类方法所制碳点一般分离较难，并且往往需要进一步钝化以提高荧光稳定性能。另外，这类自下而上的方法所制备的荧光碳点，在整个工作波段内往往只呈现一种模式的发光行为，即激发依赖行为。

近来的大量文献报道指出，元素掺杂成为一种用来调控碳点发光行为的有效方式。例如：中国专利文件CN104987863A一种氮、磷、硫掺杂或共掺杂碳点及其批量可控制备方法和应用，将碳源、氮源、磷源和硫源混合均匀，得混合物，混合物中C、N、P、S的摩尔比为1:(0～0.8):(0～0.4):(0～0.4)，且N、P、S的含量不同时为0，在空气气氛下将混合物加热至熔融，反应3～60min后自然冷却至室温，将反应产物用硅胶色谱柱分离，除去未反应的原料，即得到氮、磷、硫掺杂或共掺杂碳点。这种方法虽然有效地实现了元素掺杂，但其碳点制备过程中涉及碳源成份过多，这也使得下一步产物的分离工艺变得复杂。另外其空气氛围下的制备条件将在其碳点表面引入大量不同形态的含氧基团，这样的表面特点在生物应用中尤其在涉及分子生物学领域中将对生物体系产生较大的氧化压力(生物体系中活性氧的产生)，这将不利于生物应用的拓展。

中国专利文件CN106929014A公开了一种固态荧光碳点的制备及其在潜指纹检测方面的应用，属于材料合成以及指纹检测技术领域。本发明的固态荧光碳点，以谷胱甘肽为氮/硫源、柠檬酸为碳源采用微波法合成，原料安全易得，制备方法简便快速，粒子安全无毒。此方法采用常规水溶液微波法虽然合成速度加快，但其反应过程中谷胱甘肽中掺杂元素的掺入程度并不高，多分布于表面基团中，使得掺杂元素在发光行为调控中的作用大大削弱，使得此方法所得产物其发光特点具有单一的弱的激发依赖行为。另外其反应气氛仍为空气气氛，这里依旧存在表面含氧基团过渡引入的问题，氧化压力的隐患将会限制其在诸多生物系统中的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是现有方法制备的普通碳点存在的生物安全隐患和发光行为单一等问题，本发明采用生物体内大量存在的还原型谷胱甘肽作为碳源，同时也作为氮源和硫源，在N₂气氛下，通过高温热解自组装方法，严格限制过量含氧基团的引入，实现杂质元素的有效掺入，制备出多模式发光碳点。该方法操作简单，整个制备过程中无任何环境污染，制备的荧光碳点具有较高的产率和良好的生物兼容性。

本发明的技术方案如下：

一种基于功能性多肽制备低毒性多模发光碳点的方法，以还原型谷胱甘肽为碳源、氮源和硫源，去离子水为溶剂，在氮气气氛下对还原型谷胱甘肽热解、提纯得到。