一種制備水溶性生物質基熒光碳點的合成方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米材料科學及應用領域，尤其涉及水溶性生物質基熒光碳點的制備方法及應用，屬于納米材料科學及應用領域。
【背景技術】
[0002]碳量子點，簡稱碳點，是粒徑小于10nm的新型焚光碳納米材料。自2004年Xu等人用電泳分離單臂碳納米管時無意中發現碳點以來，逐漸成為碳基材料家族中的新星。與傳統的半導體量子點相比，它具有極好的水溶性，低毒性，生物性溶性，熒光穩定和熒光可調等優勢。使得碳點在很多方面都擁有應用的潛能，例如生物成像、生物傳感、藥物釋放、光電器件和熒光打印等等，同時也吸引了大批研究者的興趣。
[0003]到目前為止，研究者們所報道的碳點的合成方法不勝枚舉。但是基本上所報道的合成方法都存在一定缺陷。比如，激光消融或者電化學處理氧化石墨烯方法制備碳點。激光消融需要昂貴的設備，條件難以控制；而電化學合成的碳點的熒光性能會不佳；微波輔助消解蠟燭灰、糖類，或者水熱法消解糖類，花粉等來制備碳點，這些方法雖然操作起來簡單，條件可控，但是原料成本比較高，特別是蠟燭灰不易制得，并且會造成所制得碳點熒光性能不佳。
[0004]截至目前，還未見到利用生物高分子制備碳點的報道。而本發明中的碳點是利用自然界中資源最豐富，最易得的生物高分子一一纖維素粉為原料，利用水熱法合成具有水溶性生物質基熒光碳點。本發明中實驗設備要求不高，操作簡單并且反應條件可控，最大的優點還是利用了廉價的生物分子一一纖維素粉，大大降低了原料成本，并且由于原料為無毒的生物原料，制備的碳點的生物相容性好，毒性低。
【發明內容】
[0005]本發明為解決現有熒光碳點制備條件苛刻，原料價格昂貴的問題，提供了一種具有水溶性生物質基熒光碳點合成方法及應用。
[0006]本發明的一種具有水溶性生物質基熒光碳點的合成方法按以下步驟進行:
1)分別稱取0.l-5g的纖維素，0.l-2g的尿素。
[0007]2)將步驟1)稱取的試劑裝入聚四氟乙烯的反應釜中，10-100mL去離子水作為溶劑，放入恒溫烘箱中，在120°C -220°C進行水熱反應，反應24-100h后，待反應釜冷卻至室溫，從而得到含有水溶性生物質基熒光碳點反應液。。
[0008]3)將步驟2)得到的反應液進行離心去除沉淀物，取上清液，用去離子水進行透析，透析管的截留分子量為5-10kDa，透析時間為48-96h透析結束后取管內液冷凍干燥，得到純的碳點固體。
[0009]所述的步驟1)中纖維素和尿素的質量分別為0.l_5g，0.l_2g。
[0010]所述的步驟2)中去離子水的用量為10-100mL。
[0011]所述的步驟2)中反應釜在恒溫烘箱中的反應溫度是120°C _220°C。
[0012]所述的步驟2)中水熱反應時間為24-100h。
[0013]所述的步驟3)中透析管的截留分子量為5-10kDa。
[0014]所述的步驟3)中透析時間為48_96h。
[0015]根據以上方法制備的一種具有水溶性生物質基熒光碳點應用于細胞成像領域。
[0016]本發明具有以下有益效果:
首次以纖維素和尿素為原料通過水熱法制備得到具有水溶性生物質基熒光碳點，并將其應用于細胞成像。本發明解決現有熒光碳點制備條件苛刻，原料價格昂貴的問題。
【附圖說明】
[0017]圖1為試驗二得到的透射電鏡(TEM)圖圖2為試驗三得到的熒光發射光譜
圖3為試驗四得到的細胞毒性實驗圖圖4為試驗五得到的細胞成像圖
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0019]實施例1生物質基熒光碳點材料的制備
將0.5g纖維素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反應釜中中，同時以10ml去離子水為溶劑。將反應釜放于180°C恒溫烘箱中，反應72h，離心得到棕色的碳點反應液，將反應液用5-10kDa的透析管透析72h，再將透析后的溶液冷凍干燥，最終得到生物質基熒光碳點材料。
[0020]實施例2生物質基熒光碳點材料的制備
將0.5g纖維素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反應釜中中，同時以10ml去離子水為溶劑。將反應釜放于200°C恒溫烘箱中，反應72h，離心得到棕色的碳點反應液，將反應液用5-10kDa的透析管透析72h，再將透析后的溶液冷凍干燥，最終得到生物質基熒光碳點材料
實施例3生物質基熒光碳點材料的制備
將0.5g纖維素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反應釜中中，同時以10ml去離子水為溶劑。將反應釜放于200°C恒溫烘箱中，反應72h，離心得到棕色的碳點反應液，將反應液用5-10kDa的透析管透析72h，再將透析后的溶液冷凍干燥，最終得到生物質基熒光碳點材料。
[0021]本實施方式的原料均為市售分析純原料。
[0022]實施例4:本實驗方式的一種具有水溶性生物質基熒光碳點的生物評價實驗。
[0023]用以下試驗證明本發明的有益效果。
[0024]試驗一:將0.5g纖維素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反應釜中中，同時以10ml去離子水為溶劑。將反應釜放于180°C恒溫烘箱中，反應72h，離心得到棕色的碳點反應液，將反應液用5-10kDa的透析管透析72h，再將透析后的溶液冷凍干燥，最終得到生物質基熒光碳點材料。。
[0025]試驗二:采用透射電子顯微鏡對試驗一制得的生物質基熒光碳點材料進行電鏡掃描得到如圖1所示的生物質基熒光碳點TEM圖，從圖1可以看生物質基熒光碳點為近似球形的納米材料。
[0026]試驗三:利用熒光分光光度計對試樣一制得的生物質基熒光碳點水溶進行熒光性能測試，圖2所示的碳點水溶液在不同激發光下得到發射光譜圖，從圖中可以看出生物質基熒光碳點的發射光譜存在依賴激發光現象，發射光譜隨著激發光波長的增加而發生紅移現象。
[0027]試驗四:利用試驗一制備的生物質基熒光碳點，進行細胞毒性實驗。將MC3T3成骨細胞接種于96孔板中，置于37°C，5%C02的培養箱中培養。24h后吸去培養基，加入含本發明制備生物質基熒光碳點的培養基，繼續在37°C，5%0)2的培養箱中培養24h。吸去培養基，用PBS清洗3-5次后，加入含有10%CCK-8的培養基，繼續在37°C，5%C02的培養箱中培養4h，用酶標儀測試其0D值。從圖3可以得出細胞存活率達到85%以上，本發明所制備的碳點低毒甚至無毒
試驗五:利用試驗一制備的生物質基熒光碳點，進行生物成像實驗。
[0028]將MC3T3成骨細胞接種于放有細胞爬片的24孔板中，置于37 °C，5%C02的培養箱中培養。24h后吸去培養基，加入含本發明制備生物質基熒光碳點的培養基，繼續在37°C，5%0)2的培養箱中培養24h。取出細胞爬片，用PBS清洗3_5次后，用4%的多聚甲醛溶液進行細胞固定，制樣。在激光共聚焦顯微鏡下觀察細胞的成像情況。從圖4可以看到，本發明所制備的碳點可成功用于細胞成像。
【主權項】
1.一種水溶性生物質基熒光碳點的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)稱取纖維素粉和尿素； 2)將步驟1)稱取的藥品試劑裝入聚四氟乙烯的反應釜中，加入去離子水作為溶劑，放入恒溫烘箱中，進行水熱反應；反應結束，待反應釜冷卻至室溫后，得到含有水溶性生物質基熒光碳點的反應液； 3)將步驟2)得到的反應液進行離心去除沉淀物，取上清液，用去離子水進行透析，透析結束后取管內液冷凍干燥，得到純的碳點固體。2.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于:步驟1)中纖維素粉和尿素的質量分別為 0.l-5g 和 0.l-2g。3.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于:步驟2)中去離子水的用量為lO-lOOmLo4.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于:步驟2)中反應釜在恒溫烘箱中的反應溫度是120°C -220 °C。5.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于:步驟2)中水熱反應時間為24-100h。6.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于:步驟3)中透析管的截留分子量為5-lOkDa。7.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于:步驟3)中透析時間為48-96h。
【專利摘要】本發明公開了一種具有水溶性生物質基熒光碳點的合成方法及應用，屬于納米材料科學及應用領域。本發明所述的生物質基碳點是以纖維素和尿素為原料，通過水熱法一步制備而成，得到棕褐色的反應液，對反應液進行離心處理，取上清液，去除沉淀物。選取截留分子量為5-10kDa的透析管對上清液進行透析提純，冷凍干燥得到碳點固體。本發明方法制備的碳點利用廉價易得的纖維素通過水熱法制備碳點，有效利用廢棄資源，并且很好地克服了制備條件苛刻，原料價格昂貴等缺點。并且其水溶性良好，低毒，生物相容性好，被成功用于細胞成像。
【IPC分類】C01B31/02
【公開號】CN105314621
【申請號】CN201510667111
【發明人】姚菊明, 高俊闊, 沈培蓮
【申請人】浙江理工大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年10月16日