一种高量子产率的黄色荧光碳点及其制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201610062660.1 (22)申请日 2016.01.29 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 105542764 A (43)申请公布日 2016.05.04 (73)专利权人 兰州大学 地址 730000 甘肃省兰州市城关区天水南 路222号 (72)发明人 周雷赵凤姣 (74)专利代理机构 甘肃省知识产权事务中心 62100 代理人 张英荷 (51)Int.Cl. C09K 11/65(2006.01) B82Y 20/00(2011.01) 审查员 邹。

2、少瑜 (54)发明名称 一种高量子产率的黄色荧光碳点及其制备 方法 (57)摘要 本发明涉及一种高量子产率的黄色荧光碳 点， 是将有机酸与有机胺溶于水中， 充分混合后 经微波辐射得到褐色固体粗产物； 再用水和甲醇 混合溶液为淋洗剂， 经反相硅胶柱色谱纯化而 得。 该荧光碳点平均粒径在3.04.0纳米； 在紫外 灯照射下发出明亮的黄色荧光， 激发波长为400 420纳米， 发射波长为510550， 并展现出固体发 光特性， 量子产率可达44%。 本发明制备的荧光碳 点水溶性好， 荧光信号稳定， 适合于生理条件下 的细胞成像， 并具有细胞核染色的功能， 可广泛 应用于分析检测、 生化传感、 生物成。

3、像、 生物标记 等领域。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 105542764 B 2017.12.01 CN 105542764 B 1.一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备方法， 其特征在于： 室温下， 将0.05克苹果酸 与0.2克巯基乙胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉中， 在功率800 W下辐射处理3 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱 纯化， 得到黄色荧光碳点材料， 其激发波长为405纳米， 发射波长为510纳米， 并展现出固体 发光特性； 黄色荧光碳点的量子产率可达38%。 2.一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备。

4、方法， 其特征在于： 室温下， 将0.2克乙二胺 四乙酸与0.7克氨基乙醇溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉中， 在功率700 W下辐射处 理5 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱 色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料， 其激发波长为410纳米， 发射波长为520纳米， 并展现出 固体发光特性， 黄色荧光碳点的量子产率可达41%。 3.一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备方法， 其特征在于： 室温下， 将0.3克均苯三 甲酸与0.2克乙二胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉中， 在功率600 W下辐射处理7 min， 得到褐色固体粗产物， 自。

5、然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱 纯化， 得到黄色荧光碳点材料， 其激发波长为415纳米， 发射波长为525纳米， 并展现出固体 发光特性， 黄色荧光碳点的量子产率可达44%。 4.一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备方法， 其特征在于： 室温下， 将0.08克乌头酸 与0.25克尿素溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉中， 900 W处理2 min， 得到褐色固体 粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光 碳点材料， 其激发波长为420纳米， 发射波长为540纳米， 并展现出固体发光特性， 黄色荧光 碳点的量子产率可达42%。

6、。 5.一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备方法， 其特征在于： 室温下， 将0.4克氨三乙 酸与0.8克对苯二胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉中， 500 W处理8 min， 得到褐色 固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色 荧光碳点材料， 其激发波长为415纳米， 发射波长为530纳米， 并展现出固体发光特性， 黄色 荧光碳点的量子产率可达40%。 6.一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备方法， 其特征在于： 室温下， 将0.2克马来酸 与0.5克支化聚乙烯亚胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉中， 400 W处理9 min， 得到 。

7、褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到 黄色荧光碳点材料， 其激发波长为420纳米， 发射波长为550纳米， 并展现出固体发光特性， 黄色荧光碳点的量子产率可达39%。 权利要求书 1/1 页 2 CN 105542764 B 2 一种高量子产率的黄色荧光碳点及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种荧光碳纳米材料， 尤其涉及一种高量子产率的黄色荧光碳点及其 制备， 主要用于生理条件下进行生物成像与生物标记。 背景技术 0002 作为碳材料家族的新成员， 碳点是继富勒烯、 碳纳米管、 石墨烯之后最热门的碳纳 米材料之一。 碳点通常由C、 H。

8、、 O、 N四种基本元素组成， 粒径一般小于10纳米， 具有良好的光 学性质， 其发光范围可调， 光稳定性好。 与传统的有机染料和半导体量子点相比， 荧光碳点 具有良好的水溶性和化学稳定性， 易于功能化， 低的细胞毒性和优秀的生物相容性等优点， 一经发现便引起人们极大的研究兴趣， 并在生化传感、 生物成像和标记、 光电转换及催化等 领域展现出巨大的应用潜力。 近年来， 众多研究者对碳点的制备、 发光机理和生物学应用展 开了大量的研究， 取得了较大进展。 利用不同的原料， 不同的方法制备了结构、 组成相似或 有差异的一系列荧光碳点， 并尝试在各种体系中有效利用碳点的荧光特性， 这些进展丰富 了荧。

9、光碳点在化学科学和生物科学及其交叉领域中的应用。 0003 然而， 在碳点研究中依然存在两个关键问题： 其一， 荧光碳点的量子产率偏低， 亟 需提高； 其二， 绝大多数荧光碳点发射蓝色荧光， 而发射波长较长的荧光碳点报道较少。 由 于生物组织的自体荧光多为蓝色， 蓝色荧光碳点在应用于生物成像时不利于靶信号与背景 信号的区分； 此外， 蓝色光对组织的穿透性差， 限制了体内深层组织的光学成像。 虽然有些 激发波长依赖的荧光碳点可以通过调节激发波长来调控发射波长， 但非蓝光发射的量子产 率迅速降低， 限制了其在生物学中的应用。 因此， 发展高量子产率的长波长发射的荧光碳 点， 是荧光碳点在生物成像与。

10、标记领域应用的前提条件。 发明内容 0004 本发明的目的是针对现有技术研究碳点中存在的问题， 提供一种高量子产率的黄 色荧光碳点； 本发明的另一目的是提供一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备方法。 0005 一、 黄色荧光碳点的制备 0006 本发明涉及一种高量子产率的黄色荧光碳点的制备， 是将有机酸与有机胺溶于水 中， 充分混合后经微波辐射得到得到褐色固体粗产物； 再经水和甲醇混合溶液淋洗， 反相硅 胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 0007 有机酸为乙二酸、 马来酸、 对苯二甲酸、 苹果酸、 乌头酸、 氨三乙酸、 均苯三甲酸或 乙二胺四乙酸中的一种； 有机胺为巯基乙胺、 氨基乙醇、 。

11、乙二胺、 尿素、 对苯二胺或支化聚乙 烯亚胺中的一种； 有机酸与有机胺的质量比为1:1001:0.01。 有机酸、 有机胺溶于水中时， 混合溶液的浓度为0.062.4g/ml。 0008 所述微波辐射的功率为300900 W， 持续时间为210 min。 0009 二、 黄色荧光碳点的结构与性能 0010 下面通过透射电镜照片、 粒径分布图、 激发和发射光谱图以及活细胞成像图对本 说明书 1/3 页 3 CN 105542764 B 3 发明制备的荧光碳点形貌、 性能及用途进行分析说明。 0011 1、 荧光碳点的形貌分析 0012 图1为本发明所述的黄色荧光碳点的透射电镜照片。 从图中可以看。

12、出， 本发明所制 备的荧光碳点是一种近似球型的碳纳米材料， 分散性较好。 0013 图2为本发明所述的黄色荧光碳点的粒径分布图。 依赖于所用前驱体和制备条件， 本发明所制备荧光碳点的平均粒径在3.04.0纳米之间， 图2给出的荧光碳点平均粒径为 3.6纳米。 0014 2、 荧光碳点的激发和发射光谱分析 0015 图3为本发明所述黄色荧光碳点的激发和发射光谱图。 本发明制备的黄色荧光碳 点易溶于水， 其水溶液在紫外灯照射下发出明亮的黄色荧光， 干燥后其固体在紫外灯下发 出黄色荧光。 依赖于所用前驱体和制备条件， 所制备碳点的最佳激发波长在400420纳米之 间， 最佳发射波长在510550纳米。

13、之间， 图3给出的最佳激发波长为415纳米， 最佳发射波长 为525纳米。 0016 3、 荧光碳点的活细胞成像 0017 图4为本发明所述的黄色荧光碳点的活细胞成像图。 其中左图为明场下的细胞成 像图， 右图为荧光成像图。 从图中可以看出， 本发明所制备的的荧光碳点极易进入细胞， 并 呈现出明亮清晰的黄色荧光图像。 0018 4、 细胞核染色的功能 0019 现有文献报道的大部分碳点在用于细胞成像时主要分布在细胞膜和细胞质中， 很 少进入细胞核。 而从图4可以清楚看到， 本发明所制备的碳点可以进入细胞核中， 具有核染 色功能。 0020 5、 荧光量子产率 0021 经绝对法测定， 本发明所。

14、得荧光碳点得荧光量子产率高， 高达44%。 0022 综上所述， 本发明所制备荧光碳点材料在紫外灯照射下发射明亮的黄色荧光， 量 子产率高， 并具有固体发光特性。 本发明所制备荧光碳点水溶性好， 在高盐溶液和较宽pH范 围内光学性质稳定， 适合于生理条件下的细胞成像， 并具有细胞核染色的功能， 可广泛应用 于分析检测、 生化传感、 生物成像、 生物标记等领域。 另外， 本发明所用原料为商业品， 廉价 易得； 工艺简单快速， 反应介质仅为水， 没有其它有机溶剂参与， 绿色环保。 附图说明 0023 图1为本发明所述的黄色荧光碳点的透射电镜照片； 0024 图2为本发明所述的黄色荧光碳点的粒径分布。

15、图； 0025 图3为本发明所述的黄色荧光碳点的激发和发射光谱图； 0026 图4为本发明所述的黄色荧光碳点的活细胞成像图。 具体实施方式 0027 以下通过具体实施例对本发明中黄色荧光碳点的制备、 性能和应用作进一步说 明。 0028 实施例1 说明书 2/3 页 4 CN 105542764 B 4 0029 室温下， 将0.05克苹果酸与0.2克巯基乙胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波 炉中， 在功率800 W下辐射处理3 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混 合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 其激发波长为405纳米， 发射 波长为5。

16、10纳米， 并展现出固体发光特性。 黄色荧光碳点的量子产率可达38%。 0030 实施例2 0031 室温下， 将0.2克乙二胺四乙酸与0.7克氨基乙醇溶于5毫升水中， 充分混合后置于 微波炉中， 在功率700 W下辐射处理5 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲 醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 其激发波长为410纳米， 发射波长为520纳米， 并展现出固体发光特性。 黄色荧光碳点的量子产率可达41%。 0032 实施例3 0033 室温下， 将0.3克均苯三甲酸与0.2克乙二胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波 炉中， 在功率600 W下。

17、辐射处理7 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混 合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 其激发波长为415纳米， 发射 波长为525纳米， 并展现出固体发光特性。 黄色荧光碳点的量子产率可达44%。 0034 实施例4 0035 室温下， 将0.08克乌头酸与0.25克尿素溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波炉 中， 900 W处理2 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经 反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 其激发波长为420纳米， 发射波长为540纳 米， 并展现出固体发光特性。 黄色荧光碳点的量子。

18、产率可达42%。 0036 实施例5 0037 室温下， 将0.4克氨三乙酸与0.8克对苯二胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于微波 炉中， 500 W处理8 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 其激发波长为415纳米， 发射波长为530纳 米， 并展现出固体发光特性。 黄色荧光碳点的量子产率可达40%。 0038 实施例6 0039 室温下， 将0.2克马来酸与0.5克支化聚乙烯亚胺溶于5毫升水中， 充分混合后置于 微波炉中， 400 W处理9 min， 得到褐色固体粗产物， 自然冷却室温后用水和甲醇混合溶液淋 洗， 经反相硅胶柱色谱纯化， 得到黄色荧光碳点材料。 其激发波长为420纳米， 发射波长为 550纳米， 并展现出固体发光特性。 黄色荧光碳点的量子产率可达39%。 说明书 3/3 页 5 CN 105542764 B 5 图1 图2 说明书附图 1/2 页 6 CN 105542764 B 6 图3 图4 说明书附图 2/2 页 7 CN 105542764 B 7 。