[发明专利]长寿命硼/氮/磷共掺杂液相磷光碳点及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种长寿命硼/氮/磷共掺杂液相磷光碳点，是将硼酸、磷酸和乙二胺按照摩尔比1～3∶1～3∶1溶于水中，密闭下进行水热反应得到硼/氮/磷共掺杂磷光碳点，再置于正硅酸乙酯的氨水溶液中混合搅拌，在磷光碳点表面包覆二氧化硅基体后得到的硼/氮/磷共掺杂磷光碳点@二氧化硅溶液，其能够发射绿色磷光，可以作为磷光探针应用于生物医学成像中，获得长达4s的长寿命磷光。

技术领域

本发明属于生物成像技术领域，涉及一种基于液相磷光碳点的探针，以及该液相磷光碳点的制备方法。以该液相磷光碳点作为探针，能够应用于区分背景荧光干扰的磷光成像。

背景技术

磷光成像相比荧光成像具有能够消除生物自荧光影响及不需要实时激发等优点，能有效提高成像的精准度，并且拥有高灵敏度和更高的分辨率，在生物成像领域具有广阔的应用前景。

磷光碳点作为尺寸小于10nm的新型磷光材料，具有发射波长可调、大斯托克斯位移等优异的光学性能。磷光碳点主要由C、H、O等元素组成，而且表面具有氨基、羧基等丰富的官能团，具有低的生物毒性和良好的生物相容性，作为磷光探针，在磷光生物成像领域中吸引了更多研究者的关注。

已报道的室温磷光碳点多基于无水固态体系。由于水中存在溶解氧以及溶剂辅助弛豫现象，极易使磷光在水中猝灭，长寿命水相磷光碳点的开发仍然存在困难。

目前，根据组成结构的不同，可以将固态磷光碳点分为基质磷光碳点和无基质磷光碳点两种。基质磷光碳点是将碳点嵌在基质中，借助基质的刚性结构抑制非辐射跃迁以稳定磷光发射，而一旦溶于水，磷光可能会随着基质的破坏而消失。无基质磷光碳点利用表面的链状分子在水中形成高度缠绕的刚性交联网络，碳点与交联网状结构间具有大量分子间氢键作用，限制发光基团的转动，抑制三线态激子的非辐射跃迁，保护并稳定三线态激子，最终形成稳定的水相磷光。

长寿命的磷光可以在肿瘤成像中具有高的穿透性和分辨能力，从而提升成像监测的灵敏度。

Liang等（Ultralong and efficient phosphorescence from silica confinedcarbon nanodots in aqueous solution[J]. Nano Today, 2020, 34: 100900.）以乙二胺和磷酸为原料，通过微波法制备了固态磷光碳点，并在其表面修饰功能层以保护碳点在水中的磷光发射，获得了磷光量子产率11.6%，磷光寿命1.86s的复合碳点，在活体组织中观测到了长时间的磷光信号。

Liu等（Si-assisted N, P Co-doped room temperature phosphorescentcarbonized polymer Dots: Information Encryption, graphic Anti-counterfeitingand biological imaging[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2022,609: 279-288.）利用易于聚合交联的原料，先合成具有磷光发射的碳点，然后采用溶胶凝胶法将磷光碳点包覆在二氧化硅基体里面，得到能在水中发射磷光的碳点二氧化硅复合物。以其用于小鼠骨髓来源树突状细胞DC2.4、人宫颈癌细胞HeLa以及小鼠进行磷光成像或余辉成像。

以上磷光碳点的共同点是杂原子掺杂，利用在碳点中掺杂氮、磷等杂原子来增强碳点体系的自旋轨道耦合，从而降低单重态到三重态之间的能级差，促进系间窜越，实现磷光发射；再通过二氧化硅基体的共价网络来抑制磷光碳点的非辐射跃迁与隔绝水中的三态氧，最终实现液相磷光。

因此，采用杂原子掺杂策略开发固态无基质磷光碳点，并进一步提升其在液相中的磷光性能，加长对生物的观测，对其生物成像应用具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种长寿命硼/氮/磷共掺杂液相磷光碳点，以及该液相磷光碳点的制备方法，以实现对小鼠的生物磷光成像。