[发明专利]一种季铵化碳点及其制备方法和应用

说明书

本发明属于碳量子点制备与应用技术领域，具体公开了一种季铵化碳点及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：S1、将聚乙烯亚胺依次经过叔胺化反应和季铵化反应，得到季铵化聚乙烯亚胺；S2、将步骤S1得到的季铵化聚乙烯亚胺、柠檬酸与水混合均匀，120℃‑220℃反应1h‑6h，反应液冷却后透析、干燥，得到固体季铵化碳点。本发明以季铵化聚乙烯亚胺和柠檬酸为原料，一步水热法合成季铵化碳点，该制备工艺简单且易于实现，所制备的碳点具有良好的水溶性和光稳定性，且具有优异的广谱抗微生物的活性，能够有效抑制和杀死多种微生物，包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌，以及具有抑制和消除生物膜的活性，应用前景广。

技术领域

本发明属于碳量子点制备与应用技术领域，更具体地，涉及一种季铵化碳点及其制备方法和应用。

背景技术

荧光纳米材料除了具有纳米尺度效应以外，还同时兼具荧光材料的荧光性能，被广泛用于光学、电子、生物、医学等领域。而荧光碳纳米材料由于其独特的光学性能、低细胞毒性和优越的生物相容性，成为生物材料的研究热点。碳量子点，也称碳点(carbondots，CDs)，是继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后被发现的一种新型的零维荧光碳纳米材料，具有稳定性和水溶性好、量子产量高、表面易改性等特点。有研究表明，碳点具有抗菌活性，为碳点应用于杀菌材料中提供了可行性。

然而，现有报道制备的碳点存在抗菌活性不高、不具有广谱抗菌性的缺陷。中国专利CN 113181212 A公开了一种ZIF-8/碳点抗生物膜复合纳米材料，是将赖氨酸碳点嵌入ZIF-8金属有机框架中，其对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为62.5μg/mL。目前已有通过“一锅法”以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和烯丙基二甲基氯化铵为原料合成表面季铵修饰的碳点，该碳点被证明对革兰氏阳性细菌具有令人满意的抗菌活性，但对革兰氏阴性菌抗菌效果不佳。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种季铵化碳点及其制备方法和应用，以季铵化聚乙烯亚胺和柠檬酸为原料，通过一步水热法合成季铵化碳点，该碳点具有广谱性抗菌功能，旨在解决现有碳点材料抗菌活性不高且不具有广谱抗菌性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种季铵化碳点的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将聚乙烯亚胺依次经过叔胺化反应和季铵化反应，得到季铵化聚乙烯亚胺；

S2、将步骤S1得到的季铵化聚乙烯亚胺、柠檬酸与水混合均匀，120℃-220℃反应1h-6h，反应液冷却后透析、干燥，得到固体季铵化碳点。

优选地，步骤S1中，所述叔胺化反应的具体操作为：将过量的环氧丙烷逐滴加入到聚乙烯亚胺中，在0℃-5℃下搅拌反应至少7h；然后将反应混合物的温度升高以蒸馏出未反应的环氧丙烷，得到叔胺化聚乙烯亚胺溶液；所述季铵化反应的具体操作为：将过量的苄基氯加入到所述叔胺化聚乙烯亚胺溶液中，并在48℃-52℃恒温下搅拌反应至少30h；通过萃取除去未反应的苄基氯，干燥，得到固体季铵化聚乙烯亚胺。

优选地，步骤S1中，所述聚乙烯亚胺的分子量为600-10000。

优选地，步骤S2中，所述季铵化聚乙烯亚胺与所述柠檬酸的质量比为1:(0.1-5)。

进一步优选地，所述季铵化聚乙烯亚胺、柠檬酸与水混合后的混合液中，所述柠檬酸的浓度为1mg/mL-100mg/mL。

按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述的制备方法制备得到的季铵化碳点。

按照本发明的另一方面，提供了本发明制备的季铵化碳点在制备抗菌剂中的应用，所述抗菌剂能够抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌或真菌生长。

优选地，所述革兰氏阳性菌包括金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌中的至少一种，所述革兰氏阴性菌包括铜绿假单胞菌和大肠杆菌中的至少一种，所述真菌包括酿酒酵母。