[发明专利]荧光碳量子点@二氧化硅微球及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种荧光碳量子点@二氧化硅微球，其粒度均匀、分散性和光稳定性好、绝对荧光量子产率高达25‑30％、平均水合粒径为170‑200纳米，碳量子点表面具有丰富的羧基官能团，二氧化硅微球为表面氨基化的硅球，碳量子点通过共价键结合在氨基化硅球表面。本发明还公开了荧光碳量子点@二氧化硅微球的制备方法，通过化学偶联技术，将碳量子点通过“共价键”锚定在氨基化的硅球表面，比常用的静电吸附和非共价连接更加牢固稳定，碳量子点表面丰富的羧基官能团有利于后续连接核酸、蛋白等生物大分子。本发明的荧光碳量子点@二氧化硅微球具有优异且稳定的荧光性能，水溶性好、粒度均匀、不团聚且表面富含大量官能团，利于后续连接核酸、蛋白等生物大分子，在体外检测试剂盒市场展现出巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备及应用技术领域，具体涉及荧光碳量子点@二氧化硅微球(CDs@SiO₂)及其制备方法，及其在体外检测试剂盒中的应用。

背景技术

无机二氧化硅微球(通常称为硅球)是一种常用的载体材料，它具有许多高分子材料及其他载体材料无法比拟的优点，如在溶剂中可忽略的溶胀性、无毒性、胶体稳定性、优异的生物相容性以及表面易功能化。硅球可分为两大类：表面未修饰的和表面修饰有羧基、氨基或链霉亲和素等功能基团的，后者可满足生物医学领域的应用需求，尤其是表面氨基化的硅球(NH₂-SiO₂)，其活性氨基可以与多种有机小分子或生物大分子发生偶联反应，从而用于体外检测试剂盒。荧光硅球是在硅球表面标记有荧光物质或者在其内部含有荧光物质，受到外界能量刺激后可激发出荧光。目前商业化的荧光硅球一般采用有机荧光染料或无机半导体量子点来修饰，但有机荧光染料水溶性和荧光稳定性较差，而无机半导体量子点(如CdS、CdSe等)毒性高、与硅球复合过程繁琐、产品批次差较大，这些都极大地限制了荧光硅球在生物医学领域的深入应用。

碳量子点是一类尺寸小于10纳米的碳纳米粒子，具有石墨化的碳核和由有机表面基团(如羧基、羟基、和羰基等)组成的无定型外壳，这种独特的结构和组成赋予碳量子点优异的光学性能。作为一种新型的荧光纳米材料，碳量子点不仅具有与传统有机荧光染料和半导体量子点相似的光致发光性能，而且弥补了它们的不足，具有良好的光稳定性、水溶性、生物相容性以及小尺寸效应。因此，采用荧光碳量子点修饰硅球得到的荧光硅球在生物医学领域具有广泛的应用前景。

近期虽有报道采用原位法制得二氧化硅包裹碳量子点的荧光复合微球，或在空心硅球表面生长碳量子点。例如申请号为202010548448.2的发明专利公开了一种二氧化硅包裹荧光碳量子点的复合微球的制备方法，即通过在二氧化硅生长过程中原位包覆碳量子点，制得了二氧化硅包裹碳量子点的荧光复合微球；例如申请号为202010931659.4的发明专利公开了一种空心二氧化硅@碳量子点复合纳米材料的制备方法，是以空心硅球为载体，采用原位法在其表面生长碳量子点，从而制备得到空心二氧化硅@碳量子点复合材料。但是以上报道的原位法制备的二氧化硅与碳量子点的复合微球，其荧光量子产率均不高，而且所得的复合硅球的形状不统一、粒径不均匀，这些缺点使得上述复合硅球不适用于体外检测试剂盒。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种分步骤、表面修饰法制备具有水溶性好、稳定性好、粒度均匀以及荧光量子产率高的碳量子点@二氧化硅微球，及其在体外检测试剂盒中的应用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种荧光碳量子点@二氧化硅微球，其粒度均匀、分散性和光稳定性好、绝对荧光量子产率高达25-30％、平均水合粒径为170-200纳米，碳量子点表面具有丰富的羧基官能团，二氧化硅微球为表面氨基化的硅球，碳量子点通过共价键偶联到二氧化硅微球表面。

本发明还提供了该荧光碳量子点@二氧化硅微球的制备方法，其中包括：