本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料、納米發(fā)光材料領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種基于殼寡糖-微波輔助制備水溶性熒光碳點(diǎn)的制備方法。

背景技術(shù)：

熒光碳點(diǎn)是一種新型的功能化納米材料，其粒徑一般小于10 nm或接近激光波爾半徑。與半導(dǎo)體量子點(diǎn)（如CdS量子點(diǎn)）和有機(jī)熒光染料分子相比，其基本骨架為碳，具有低細(xì)胞無毒、生物相容性好、易溶于水、熒光強(qiáng)度高且穩(wěn)定性好、抗光漂白以及易功能化等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)光材料、生物標(biāo)記和成像，光電器件、生物傳感器、光催化復(fù)合材料以及離子分析檢測等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。近年來，文獻(xiàn)報(bào)道的熒光碳點(diǎn)的制備方法主要有兩類：無機(jī)碳源法（如：電化學(xué)法、激光輔助法）和有機(jī)碳源法（高溫碳化、濃酸碳化、模板法）。前者是基于從較大的碳結(jié)構(gòu)上剝落或裂解成納米級碳顆粒，此方法需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件或特殊的設(shè)備，制成的碳點(diǎn)粒徑分布不均勻，且產(chǎn)率低。后者則是直接以有機(jī)物為原材料，以有機(jī)小分子或聚合物分子為前驅(qū)體碳化形成碳點(diǎn)，產(chǎn)率高且成本低，其常用方法包括水熱合成法、化學(xué)合成法等。但是，通過此法合成的碳點(diǎn)分離難、熒光量子產(chǎn)率低，需要進(jìn)一步表面修飾，嚴(yán)重制約了熒光碳點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用。因此，選用優(yōu)質(zhì)有機(jī)碳源，開發(fā)產(chǎn)率高、操作簡單和熒光產(chǎn)率高的新合成方法是目前熒光碳點(diǎn)的研究重點(diǎn)。

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道，選取含有氮元素的有機(jī)碳源制備碳點(diǎn)可以提高其熒光量子產(chǎn)率。其中，殼聚糖是自然界中廣泛存在的一種生物多糖，當(dāng)殼聚糖通過適當(dāng)?shù)墓に嚱到夂罂梢垣@得水溶性殼寡糖，其分子鏈上除碳元素外，還含有大量的氨基基團(tuán)，它既可以作為合成碳點(diǎn)的有機(jī)碳源，還可以作為鈍化劑。因此，本法選用殼寡糖為碳源，結(jié)合微波輔助技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種操作簡單、產(chǎn)率高、易分離、熒光產(chǎn)率優(yōu)良的熒光碳點(diǎn)的制備方法，以制備出高品質(zhì)的熒光碳點(diǎn)來滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有熒光碳點(diǎn)制備方法操作復(fù)雜、分離難、產(chǎn)率低、粒徑分布不均勻及穩(wěn)定性差等問題，而設(shè)計(jì)的一種水溶性熒光碳點(diǎn)的制備方法。本發(fā)明以殼寡糖為碳源、水為溶劑、醋酸為助溶劑，采用微波輔助法合成水溶性熒光碳點(diǎn)粉末，以提高熒光碳點(diǎn)的純度，擴(kuò)大熒光碳點(diǎn)的使用范圍。

一種基于殼寡糖-微波輔助制備水溶性熒光碳點(diǎn)的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的。

（1）溶液配制：選取優(yōu)質(zhì)的殼寡糖為碳源，其分子量為1200 ~ 2000；去離子水為溶劑，分析純醋酸為助溶劑，溶液攪拌后獲得殼寡糖水溶液。三種物質(zhì)的物料比為：1：（10 ~ 30）：0.2（質(zhì)量比）。

（2）微波輔助制備：將（1）中獲得的殼寡糖水溶液裝入聚四氟乙烯消解罐中，密閉后置于微波消解儀中，反應(yīng)功率：700 ~ 1600 W，加熱溫度：120℃ ~ 180℃，加熱時間：2 ~ 10 min。

（3）冷卻：微波合成后，停止加熱，自然冷卻至室溫。

（4）醇沉與分離：開啟聚四氟乙烯消解罐，將反應(yīng)液倒入500 mL的燒杯中，加入一定量的醇試劑（3-5倍原溶液，醇試劑為：甲醇、乙醇、異丙醇等，首選乙醇），自然醇沉過夜。通過離心分離后，取上層清液，獲得熒光碳點(diǎn)水溶液。

（5）干燥：取熒光碳點(diǎn)水溶液置于真空干燥箱中，進(jìn)行干燥，干燥溫度：50 ~ 80℃，干燥時間為12 ~ 24 h，具體視干燥效果而定。真空干燥后為固體熒光碳點(diǎn)粉末。

（6）表征：對獲得的固體熒光碳點(diǎn)粉末進(jìn)行表征，熒光性能的分析，用透射電子顯微鏡進(jìn)行形貌的分析，用熒光光譜儀進(jìn)行熒光性能的分析；結(jié)論：用此法制備的水溶性熒光碳點(diǎn)，其粒徑≤5.0 nm，熒光強(qiáng)度良好，水溶性99%。

（7）儲存：對制備的水溶性熒光碳點(diǎn)儲存于棕色透明的玻璃容器中，密閉避光保存。

有益效果：本發(fā)明針對現(xiàn)有熒光碳點(diǎn)制備方法操作復(fù)雜、分離難、產(chǎn)率低、粒徑分布不均勻及穩(wěn)定性差的問題，利用殼寡糖為碳源、水為溶解、醋酸為助溶劑，采用微波輔助制備水溶性熒光碳點(diǎn)；此方法工藝簡單、迅速快捷，獲得的熒光碳點(diǎn)熒光強(qiáng)度穩(wěn)定，基本上不發(fā)生“漂白”現(xiàn)象；熒光碳點(diǎn)粒徑分布均勻，粒徑在5.0 nm左右，產(chǎn)物純度高，水溶性好，是一種制備水溶性熒光碳點(diǎn)的良好方法；其產(chǎn)物在離子檢測、生物成像，生物芯片和光電器件及熒光復(fù)合材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施方式1中合成的熒光碳點(diǎn)溶液醇沉前的高分辨透射電鏡（TEM）圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施方式2中合成的熒光碳點(diǎn)溶液醇沉后的高分辨透射電鏡（TEM）圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施方式2中制備的熒光碳點(diǎn)的熒光光譜圖；兩條曲線為熒光碳點(diǎn)水溶液分別在285 nm和380 nm激發(fā)光條件下的熒光光譜圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施方式3中制備的熒光碳點(diǎn)在氙燈照射下的熒光穩(wěn)定性測試圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不局限于以下列舉的具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式之間的任意組合。

具體實(shí)施方式1：取1.0 g殼寡糖溶于15 mL去離子水中，加入0.2 mL的冰醋酸，磁力攪拌1 h，使其充分溶解。將上述溶液裝入50 mL的聚四氟乙烯消解罐中，密閉后置于微波消解儀中進(jìn)行消解，消解條件為：（1）溫度：120℃，（2）功率：800 W，（3）時間：6 min；微波反應(yīng)后，冷卻至室溫，取溶液進(jìn)行透射電鏡表征；詳見圖1，從圖中可以看出，獲得的熒光碳點(diǎn)表層包裹了一層物質(zhì)，使其團(tuán)聚在一起；碳點(diǎn)的粒徑均勻，粒徑為≤5 nm。

具體實(shí)施方式2：取1.0 g殼寡糖溶于15 mL去離子水中，加入0.2 mL的冰醋酸，磁力攪拌1 h，使其充分溶解。將上述溶液裝入50 mL的聚四氟乙烯消解罐中，密閉后置于微波消解儀中進(jìn)行消解，消解條件為：（1）溫度：120℃，（2）功率：800 W，（3）時間：6 min。微波反應(yīng)后，冷卻至室溫；將獲得的反應(yīng)液倒入500 mL的燒杯中，加入50 mL的乙醇進(jìn)行醇沉過夜，通過離心分離，轉(zhuǎn)速：10000 r/min，時間：10 min；取上層清液進(jìn)行透射電鏡的表征；詳見圖2，通過醇沉后獲得的熒光碳點(diǎn)，分布均勻，粒徑也小于5 nm，且分散性良好；表面未見其他物質(zhì)，表明用醇沉后的熒光碳點(diǎn)純度高，分散性好；同時將獲得的溶液進(jìn)行熒光光譜性能分析，詳見圖3；從圖中可以看出，當(dāng)激發(fā)光波長為285 nm時，其熒光強(qiáng)度不高，大約為7500 a.u.左右，最大發(fā)射波長為400 nm；而當(dāng)激發(fā)光波長增大到380 nm后，其熒光強(qiáng)度大大提高，強(qiáng)度為17500 a.u.左右，且最大發(fā)射波長也位移到了430 nm，同其他文獻(xiàn)中報(bào)道的熒光碳點(diǎn)發(fā)射波長一致。

具體實(shí)施方式3：取2.0 g殼寡糖溶于20 mL去離子水中，加入0.4 mL的冰醋酸，磁力攪拌1 h，使其充分溶解；將上述溶液裝入50 mL的聚四氟乙烯消解罐中，密閉后置于微波消解儀中進(jìn)行消解，消解條件為：（1）溫度：120℃，（2）功率：1000 W，（3）時間：6 min；微波反應(yīng)后，冷卻至室溫；將獲得的反應(yīng)液倒入500 mL的燒杯中，加入60 mL的乙醇進(jìn)行醇沉過夜，通過離心分離，轉(zhuǎn)速：10000 r/min，時間：10 min；獲得上層清液；再通過真空干燥，干燥溫度：80℃，干燥時間為24 h，獲得固體熒光碳點(diǎn)粉末，儲存于棕色透明玻璃瓶中，待用。取少量制備的熒光碳點(diǎn)粉體在氙燈下照射，測定其熒光穩(wěn)定性能，詳見圖4；從圖中可以看出，隨著照射時間的延長，碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度基本保持不變，沒有發(fā)生“漂白”現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)表明：該方法制備的碳點(diǎn)熒光穩(wěn)定性良好。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。