[发明专利]一种精细调控晶体形貌可控合成超亮全色碳点及应用

说明书

一种精细调控晶体形貌可控合成超亮全色碳点及应用，以1，5‑二氨基萘溶于水和无水乙醇为原料，历经化学反应，沉淀结晶，纯水洗涤，常温干燥工序，在控制水与乙醇重量比为22:18以及26:14时，分别制得两种碳纳米晶：发芽型晶体和针叶松型晶体；取上述两种晶体在常温下溶于50％乙醇、二甲基亚砜或者四氢呋喃，即获得对应超亮全色碳点。在较低波长660nm激发下，具有独特的上转换发光特性，本发明多色碳点可用于体内、体外多色生物医学成像、金属离子传感领域研究等，具有易产业化的价值。

技术领域

本发明涉及荧光纳米碳点技术领域，特别是超亮、全色纳米碳点的制备方法及其在多色活体生物标记、生物医学成像和金属离子传感领域方面的应用。

背景技术

近几年荧光碳纳米材料因其诸多独特的优点吸引了研究者的广泛关注。这些碳纳米材料包括碳量子点，碳纳米管，石墨烯，碳聚合点、镧系参杂纳米材料。与传统的纳米荧光材料半导体量子点相比，这些碳基纳米发光材料更具有潜在的应用前景：如化学传感，生物传感、生物成像，纳米医学，催化等。其中荧光碳点倍受广大研究者的青睐，源于制备简单和有着独特的光学特性，良好的生物相溶性以及低毒性等。

目前，纳米荧光碳点的制备方法有多种多样，目前所报道的碳点制备思路中，设计方法简单、相对温和的实验条件或方案已成为研究热点。如电化学合成方法、激光消融法、电弧放电法、湿法氧化、高温热解法等。上述这些制备方法均存在实验条件苛刻，操作复杂，成本高等缺点。其中传统的水热法等制备方法具有简单、一锅法，快速便捷，近年来受到研究者特别的专注。

中国专利文献公开如下：“一种水热法制备荧光纳米碳点的方法”(CN201310669241.0)，采用无毒或低毒的酒石酸和六次甲基四胺做反应原料，酒石酸和六次甲基四胺的反应摩尔比为1：1～2之间，加入去离子水的量以酒石酸和水的质量比在1：5～10之间，加热温度在100～150摄氏度，加热时间在30～120分钟之间。只有一个蓝色发光波长，且未报道荧光量子产率为多高。

但传统的水热法通过反应釜合成后，经过除去沉淀，然后透析袋透析后，才能制备碳点。所制备出的碳量子点发光效率较低，碳点纯度难以提升，如果用于实际生物医学样品的生物标记，难以避免纳米粒子聚集而导致荧光猝灭。另外，普遍难以长时间保存，因此更难以实现其工业应用价值。如何利用简单、可控的合成方法制备出高纯、超亮的全色碳点仍是制约该领域研究的瓶颈。

发明内容

本发明目的是提供一种可工业化生产、可长久存放不被氧化变质、活体生物医学成像应用、呈现多激发、多发射全色荧光效应的超亮全色碳点。

本发明的目的是这样实现的：一种精细调控晶体形貌可控合成超亮全色碳点及应用，前驱体(极性环境控制：水：乙醇V：V＝22:18和26:14)，极性调控、反应、冷却、沉淀结晶、纯水洗涤、常温干燥工序，分别制得两种不同形貌的碳纳米晶：发芽型晶体和针叶松型晶体；取上述两种形貌的晶体在常温下溶于相应极性的溶剂乙醇、二甲亚砜或者四氢呋喃，即获得相应的超亮全色碳点。

所述两种晶体的X线衍射数据为：晶体均属于体心正交，晶胞参数为：a＝1.053nm，b＝0.9739nm，c＝1.189nm，α＝β＝γ＝90°；所述碳纳米晶溶于溶剂50％乙醇所制备的超亮全色碳点在透射电镜图中显示为：超亮全色碳点的纳米颗粒呈分散状态，分布均匀且颗粒的形状规则，呈圆球状，分布在9nm附近的颗粒粒径最多，晶格间距为0.19～0.22nm；所述碳纳米晶溶于溶剂二甲亚砜所制备的超亮全色碳点在原子力显微镜的数据表明：碳纳米晶溶于DMSO后变成了分散的小颗粒物碳点，直径范围在5-15nm左右。