一種磷氧共雜化黃色熒光量子點及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光納米材料，尤其涉及量子點，具體是一種磷氧共雜化黃色熒光量子點及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]碳量子點(carbondots，C_dots)是由 Scrivens 等(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，12736-12737)在2004年研宄單壁碳納米管時首次發現的一種以碳為骨架結構的新型納米材料，與傳統的半導體量子點和有機染料相比，碳量子點作為一種新型可發光材料，不僅保持了碳材料毒性小、生物相容性好等優點，而且具有合成方便、易于修飾、發光范圍可調、雙光子吸收截面大、熒光量子效率高、光穩定性好、無光閃爍、易于功能化、價廉、易大規模合成等無法比擬的優勢，并且基本上不損傷細胞，更符合細胞標記和生物醫學成像需要。這種新型的熒光碳納米粒子的尺寸大小與半導體量子點相似，平均粒徑小于10nm，具有很長的熒光壽命，并且可實現上轉換熒光發射，最重要的是，碳量子點較以往的熒光材料更具有生物安全型，在熒光探針生物檢測、生物傳感、生物分析、金屬陽離子和陰離子的生化分析、生物傳感器、光電轉換以及光催化等領域體現出重要應用價值。
[0003]碳量子點的制備方法目前主要有兩種，自上而下法(Top-down)和自下而上法(Bottom-up)。自上而下的合成方法，即從較大的碳結構剝落制備碳納米顆粒的物理方法，再通過聚合物表面鈍化的方式使其有效放光，主要包括電弧放電、激光剝蝕、電化學氧化、電子束輻射等，該類方法往往需要嚴格的實驗條件或特殊的能源，成本高，而且獲得碳量子點的熒光量子產率較低；自下而上的合成方法，即通過熱解或碳化合適的前驅物直接合成熒光碳量子點，包括燃燒法、熱液碳化法、支持合成法、微波法、超聲波法等，但是由于該類方法選用的原料都是不可再生能源且需要嚴格的后處理工藝，所以也不利于持續并規模生產碳量子點。由于雜化后碳量子點的發光效率是未雜化碳量子點的數倍甚至數十倍，故雜化后的碳量子點有更廣闊的應用前景，但是現如今，關于雜化碳量子點的研宄還處于起步階段。因此，尋找廉價易得、資源豐富、天然無毒和環境友好型的原料作為碳源，制備摻雜化、高熒光量子產率的量子點對生物應用具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種新型的磷氧共雜化黃色熒光量子點，并建立一種操作簡單、設備簡易、原料低廉和綠色環保的制備方法；以及將所述的量子點用于體外細胞成像及水體中pH檢測應用。
[0005]本發明提供的一種磷氧共雜化黃色熒光量子點，通過包括如下步驟的方法制備得到:
[0006]I)、將南瓜和濃磷酸置于玻璃容器中，加入二次水，充分攪拌，得到南瓜與磷酸的混合溶液；南瓜、濃磷酸和二次水的質量比為:0.3-3.0: 11.83-25.35: 0-8.0 ；
[0007]2)、將裝有混合溶液的玻璃容器置于恒溫磁力攪拌器中，在9O °C下反應15_120min，得到株揭色粘桐溶液；
[0008]3)、待深褐色粘稠溶液自然冷卻，用IM氫氧化鈉將溶液pH調節至中性，得到淺橘色溶液，過濾去除不溶物得到澄清的淺橘色溶液，通過500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析處理至少3天，即得到純凈的磷氧量子點的水溶液；
[0009]4)、將上述磷氧量子點水溶液冷凍干燥后得到目標磷氧量子點。
[0010]所述的加熱反應時間為45-75min。
[0011]上述方法制備的磷氧共雜化黃色熒光量子點可在活細胞熒光成像中應用，也可在水體pH檢測中應用。
[0012]本發明的優點:
[0013](I)本發明操作簡單，不需要高溫或表面鈍化劑處理，即可得到磷氧共雜化黃色熒光量子點。
[0014](2)原材料南瓜和濃磷酸均為普通試劑，來源廣泛，價格便宜。
[0015](3)生產設備僅需恒溫磁力攪拌器，操作方便，能在幾十分鐘內快速完成，節能省時。
[0016](4)磷氧量子點的量子產率較高，以硫酸奎寧(量子產率54% )為參照物，所得磷氧量子點得相對量子產率一般在2.32%?9.42%之間。
[0017](5)具黃色熒光的磷氧量子點用于活細胞成像，可避免細胞自身藍色熒光干擾，使熒光成像更加準確真實。
[0018]總之，本發明工藝操作簡單，原料來源廣泛且價格便宜，制備條件要求低且相對溫和，所得磷氧量子點熒光量子產率較高，解決了現有量子點制備方法因工藝和原料限制而無法規模化生產且獲得量子點的熒光量子產率較低等問題，該磷氧量子點可應用于生物標記、生物影像、光電裝置以及活體成像等領域。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1制備的磷氧量子點的紫外吸收光譜及熒光發射光譜；
[0020]圖2為實施例1制備的磷氧量子點熒光發射曲線隨激發波長變化的光譜圖
[0021]圖3是以硫酸奎寧為標準，線性擬合硫酸奎寧和磷氧量子點的量子產率(左側為硫酸奎寧，右側為磷氧量子點)；
[0022]圖4為實施例1制備的磷氧量子點的紅外光譜圖，圖中橫坐標為檢測波長，縱坐標為透過率；
[0023]圖5為實施例1制備的磷氧量子點的XPS光譜圖。
[0024]圖6為實施例1制備的磷氧量子點的透射電鏡圖(左側)和粒徑分布圖(右側)；
[0025]圖7為實施例1制備的磷氧量子點利用MTT法進行的人乳腺癌細胞MCF-7細胞毒性測試；
[0026]圖8為實施例1制備的磷氧量子點標記的人乳腺癌細胞MCF-7激光共聚焦圖。
[0027]圖9為實施例1制備的磷氧量子點在不同PH下的熒光變化圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例對本發明做詳細說明，實施例給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0029]實施例1
[0030]步驟1，稱量2.0g南瓜和10mL85%濃磷酸于玻璃容器中，隨后加入5mL 二次水，充分攪拌，得到南瓜和磷酸混合溶液；
[0031]步驟2，將玻璃容器置于恒溫磁力攪拌器中，于90°C下反應lh，得到深褐色粘稠溶液；
[0032]步驟3，取出玻璃容器，自然冷卻，用IM氫氧化鈉將溶液pH調節至中性，得到淺橘色溶液，過濾去除不溶物得到澄清的淺橘色溶液，通過透析去除雜質，即得到純凈的熒光磷氧量子點的水溶液；
[0033]步驟4，將上述熒光磷氧量子點水溶液冷凍干燥后得到熒光磷氧量子點，其相對量子產率(以硫酸奎寧為標準)為9.42%。
[0034]性質表征和應用見圖1-9。
[0035]實施例2
[0036]步驟1，稱量1.5g南瓜和10mL85%濃磷酸于玻璃容器中，隨后加入5mL 二次水，充分攪拌，得到南瓜和磷酸混合溶液；
[0037]步驟2