氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法

摘要

一种氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法，是以柠檬酸为碳源，L–谷胱甘肽为氮硫掺杂剂，将微波炉为反应平台，加热制备出具有荧光性能的碳量子点，通过透析和冷冻干燥去除残留物和水分，获得量子点粉末。采用本发明的方法制备氮硫掺杂的碳量子点，操作简单、成本低、收率高、制备工艺设备简单，无需任何溶剂且可在很短时间内快速完成，易于推广和大规模生产。制备的碳量子点具有水溶性好、荧光性能高、耐光漂白、发射光谱可调、生物相容性良好以及细胞毒性低等优点在生物成像、生物传感器以及光电装置领域具有良好的应用前景。

权利要求

1.一种氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将柠檬酸和氮硫掺杂剂粉末放入玛瑙研钵中研磨，得到均匀的白色粉末；所述氮硫掺杂剂为L–谷胱甘肽；

(2)将上述白色粉末放入微波炉中，采用700W功率，微波辐射1.5～3min，获得碳量子点固体；

(3)将步骤(2)中得到的固体溶入5mL水中，超声得到均匀的碳量子点溶液；

(4)将步骤(3)中得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500D，透析时间为48h，每间隔6h换一次水；

(5)将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

(6)将浓缩溶液在–50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得氮硫掺杂的碳量子点。

2.根据权利要求1所述的一种氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法，其特征在于：柠檬酸粉末取0.6g，氮硫掺杂剂取0.2g。

3.根据权利要求1所述的一种氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法，其特征在于：所述氮硫掺杂的碳量子点用于活细胞成像。

说明书

氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，碳量子点 (Carbon dots，粒径 < 10 nm) 作为一种新型的零维纳米荧光材料引起了研究者的高度关注。与有机染料和传统的重金属半导体量子点相比，碳量子点由于具有强化学惰性、高稳定性、低细胞毒性、良好的生物相容性和水溶性等特点，而使其可以潜在的用于传感器、光催化、生物成像和太阳能电池领域。

[0003] 迄今为止，很多方法如激光剥离石墨烯、电化学氧化法、电弧放电法、溶剂水热法、化学氧化法和高温热解法等已经被用于碳量子点的制备，然而，这些方法大部分合成过程繁琐、原料昂贵且条件苛刻等，这些方法不仅不经济环保，而且由于合成代价太高，在很大程度上限制了荧光碳量子点的大规模生产和实际应用。因此，探索一种简单、快速、低成本、无毒和环境友好的绿色方法制备具有高荧光性能的碳量子点具有重要的意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种可以通过固相微波辅助制备氮硫掺杂的荧光碳量子点的方法，及其该碳量子点的应用。

[0005] 本发明的技术方案提供一种氮硫掺杂的荧光碳量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0006] (1) 将柠檬酸和氮硫掺杂剂粉末放入玛瑙研钵中研磨，得到均匀的白色粉末；

[0007] (2) 将上述白色粉末放入微波炉中，采用700 W功率，微波辐射1.5 ~ 3 min,获得碳量子点固体；

[0008] (3) 将 (2) 中得到的固体溶入5 mL水中，超声得到均匀的碳量子点溶液；

[0009] (4) 将步骤 (3) 中得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500 D，透析时间为48 h，每间隔6 h换一次水；

[0010] (5) 将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

[0011] (6) 将浓缩溶液在–50 ℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得氮硫掺杂的碳量子点。

[0012] 所述氮硫掺杂剂为L–谷胱甘肽。

[0013] 所述步骤(1)中，柠檬酸粉末取0.6 g，氮硫掺杂剂取0.2 g。

[0014] 本发明的优点：

[0015] (1) 本发明操作简单，无需任何溶剂，而且不需要复杂的后续的处理，一步法即可得到碳量子点。

[0016] (2) 制备工艺设备简单，仅需国产微波炉即可完成，没有保护气氛、真空度和高温等特殊要求，且在几分钟内即可完成操作，易于推广和大规模生产。

[0017] (3) 获得的氮硫掺杂的碳量子点，易溶于水，荧光量子产率大大提高，光稳定性好，细胞毒性低，具有良好的应用前景。

附图说明

[0018] 图1为实施例一（a）、实施例二（b）、实施例三（c）和实施例四（d）制备的碳量子点水溶液在365 nm紫外光照射下的照片。

[0019] 图2为实施例一、实施例二、实施例三和实施例四下制备的碳量子点水溶液在360 nm激发下的荧光谱图。

[0020] 图3为实施例三制备的碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图。

[0021] 图4为实施例三制备的碳量子点的透射电镜图。

[0022] 图5为实施例三制备的碳量子点在不同浓度下对HeLa细胞的细胞毒性图。

[0023] 具体实施方式：

[0024] 以下通过具体的实施例对本发明技术方案进行说明。

[0025] 实施例一：

[0026] (1) 将柠檬酸0.6 g和L–谷胱甘肽粉末0.2 g放入玛瑙研钵中研磨，得到均匀的白色粉末；

[0027] (2) 将上述白色粉末放入微波炉中，采用700 W功率，微波辐射1.5 min，获得白色碳量子点固体；

[0028] (3) 将 (2) 中得到的白色固体溶入5 mL水中，超声得到均匀的碳量子点溶液；

[0029] (4) 将步骤 (3) 中得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500 D，透析时间为48 h，每间隔6 h换一次水；

[0030] (5) 将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

[0031] (6) 将浓缩溶液在–50 ℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得氮硫掺杂的碳量子点，收率约2%，量子产率约4.5%。

[0032] 实施例二：

[0033] (1) 将柠檬酸0.6 g和L–谷胱甘肽粉末0.2 g放入玛瑙研钵中研磨，得到均匀的白色粉末；

[0034] (2) 将上述白色粉末放入微波炉中，采用700 W功率，微波辐射2 min，获得褐色碳量子点固体；

[0035] (3) 将 (2) 中得到的褐色固体溶入5 mL水中，超声得到均匀的碳量子点溶液；

[0036] (4) 将步骤 (3) 中得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500 D，透析时间为48 h，每间隔6 h换一次水；

[0037] (5) 将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

[0038] (6) 将浓缩溶液在–50 ℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得氮硫掺杂的碳量子点，收率约12%，量子产率约50%。

[0039] 实施例三：

[0040] (1) 将柠檬酸0.6 g和L–谷胱甘肽粉末0.2 g放入玛瑙研钵中研磨，得到均匀的白色粉末；

[0041] (2) 将上述白色粉末放入微波炉中，采用700 W功率，微波辐射2.5 min，获得红棕色碳量子点固体；

[0042] (3) 将(2)中得到的红棕色固体溶入5 mL水中，超声得到均匀的碳量子点溶液；

[0043] (4) 将步骤 (3) 中得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500 D，透析时间为48 h，每间隔6 h换一次水；

[0044] (5) 将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

[0045] (6) 将浓缩溶液在–50 ℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得氮硫掺杂的碳量子点，收率约15%，量子产率约68%。

[0046] 实施例四：

[0047] (1) 将柠檬酸0.6 g和L–谷胱甘肽粉末0.2 g放入玛瑙研钵中研磨，得到均匀的白色粉末；

[0048] (2) 将上述白色粉末放入微波炉中，采用700 W功率，微波辐射3 min，获得红棕色碳量子点固体；

[0049] (3) 将 (2) 中得到的红棕色固体溶入5 mL水中，超声得到均匀的碳量子点溶液；

[0050] (4) 将步骤 (3) 中得到的溶液注入到透析袋内进行透析，其截留分子量为500 D，透析时间为48 h,每间隔6 h换一次水；

[0051] (5) 将透析产物进行蒸发，得到浓缩溶液；

[0052] (6) 将浓缩溶液在–50 ℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得氮硫掺杂的碳量子点，收率约16.5%，量子产率约60%。

[0053] 对实施例样品进行表征

[0054] 利用365 nm的紫外光对实施例制备的碳量子点水溶液进行照射，可观察到可观察到a为蓝色 (实施例一)、b为蓝绿色 (实施例二)、c为蓝绿色 (实施例三) 和d为蓝绿色 (实施例四)，参见图1。

[0055] 利用荧光可见分光光度计表征实施例一 (a)、实施例二 (b)、实施例三 (c)和实施例四 (d) 制备的碳量子点水溶液在360 nm激发下的荧光发射光谱进行表征，参见图2。

[0056] 利用荧光可见分光光度计考察激发波长对实施例三制备的碳量子点水溶液荧光的影响，见图3。

[0057] 利用透射电子显微镜表征碳量子点的形貌。结果表明，制备的碳量子点约为2 nm，近圆形的且单一分散，见图4。

[0058] 将HeLa细胞与含有不同浓度的碳量子点培养液孵育24 h后，利用MTT法对HeLa细胞的活率进行考察，见图5。