一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料制備技術領域，特別涉及一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法。該方法通過簡單操作可制備出可自發熒光的滲氮碳量子點，因而有望在光電材料，生物成像，靶向載藥等領域取得廣泛應用。
【背景技術】
[0002]聚乙烯亞胺是一種水溶性高分子聚合物，呈無色或淡黃色粘稠狀液體，溶于水和乙醇，具有高附著性，高吸附性，作為一種廣泛使用的非病毒載體，在過去的十年中引起了學者們的關注。聚乙烯亞胺因其獨特的“質子海綿效應”常常與有機熒光染料或量子點復合，以作為蹤跡可追溯的藥物載體，應用于生物醫學領域。然而與有機熒光染料或量子點的復合往往制備步驟繁瑣，還進一步增加了細胞毒性，并且制得的復合材料穩定性差。因此，開發一種制備步驟簡單、不增加細胞毒性且能保留聚乙烯亞胺結構特性，同時具備量子點自發光特性的基于聚乙烯亞胺分解的方法就顯得非常重要。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，以解決現有的聚乙烯亞胺與有機熒光染料或量子點的復合方法往往制備步驟繁瑣、增加了細胞毒性且產品穩定性差的技術問題。本發明以聚乙烯亞胺為原材料，通過乙醇高溫還原得到分解的聚乙烯亞胺，保留聚乙烯亞胺結構特性的同時，更增加了獨特的自發熒光性能，為其進一步生物應用奠定了基礎。
[0004]一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，包括如下步驟:
(1)將聚乙烯亞胺分散在乙醇中制成濃度為10-50mg/10ml的溶液，充分攪拌后將溶液轉入反應釜中，在180-200°C烘箱內反應20小時，自然冷卻，即得到碳量子點原液；
(2)采用梯度柱層析方法對原液進一步提純，除去多余未分解的聚乙烯亞胺即得到自發焚光的碳量子點。
[0005]進一步的，一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，步驟(I)中所述的聚乙烯亞胺為市場上能夠廣泛購買到的支鏈化聚乙烯亞胺，其分子式是c2X+4KH5X+皿NX+2K且呈膠體。
[0006]進一步的，一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，步驟(I)中所述的乙醇為乙醇質量分數多99.7%的分析純無水乙醇；所述的反應釜為聚四氟乙烯內襯反應釜。
[0007]進一步的，一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，步驟(2)中所述的梯度柱層析方法使用中性氧化鋁或層析用硅膠為固定相，采用乙醇為展開劑。
[0008]本發明由聚乙烯亞胺分解制備碳量子點的原理:具有高度支鏈結構的聚乙烯亞胺(PEI)表面含有大量的伯胺、叔胺、仲胺，在提供碳源的同時更保障了豐富的氮源；通過乙醇在高溫下的還原性將支鏈大分子聚乙烯亞胺逐步分解為小分子，形成滲氮碳量子點。采用柱層析方法將產物與未充分反應的原材料分離進一步提純。
[0009]本發明與現有技術相比具有以下優點:
1、本發明通過分解聚乙烯亞胺制備滲氮碳量子點，采用聚乙烯亞胺同時作為碳源和氮源，原材料簡單常見。
[0010]2、聚乙烯亞胺是應用最廣泛的非病毒載體，廣泛應用于細胞轉染。本方法增加了獨特的自發熒光性能，方便進一步追蹤其作用軌跡或細胞標記。
[0011]3、本發明在高溫還原聚乙烯亞胺過程中采用乙醇溶液，提高了還原效率，同時為下一步采用柱層析分離提純提供了基礎。
[0012]4、本發明采用柱層析方法對所得產物進行進一步分離提純，有效去除了制備過程中帶入的雜質及多余反應物，同時達到了分離凈化的目的。
[0013]5、本發明制備工藝簡單，一步即實現了滲氮碳量子點的制備和功能化，易于操作，應用范圍廣，利于工業化推廣。
【附圖說明】
[0014]圖1實例I制備滲氮碳量子點的光致發光譜和光致發光激發譜。
[0015]圖2實例I反應前聚乙烯亞胺(Raw PEI)和反應后滲氮碳量子點(D-PEI)的傅里葉紅外光譜。
[0016]圖3不同激發波長下實例I制備滲氮碳量子點的光致發光譜。
【具體實施方式】
[0017]根據本發明所述技術方案選取具體實施例進行說明如下:
實施例1:
將200mg的聚乙烯亞胺分散在40ml的乙醇中，充分攪拌，將溶液轉移至反應釜中，升溫至200°C反應20h，冷卻到室溫。采用柱層析方法，對產物進行分離提純，得到在365nm紫外光激發下發黃綠光的滲氮碳量子點，如圖1所示(其中，PLE為光致發光激發譜；PL為光致發光譜)。反應前的聚乙烯亞胺和反應后的碳量子點的傅里葉紅外光譜如圖2所示。制備所得滲氮碳量子點乙醇溶液在紫外光下顯示出強的黃綠色熒光，不同激發波長下的光致發光譜如圖3所示。其最大激發波長為430nm，此時的最大熒光發射波長為514nm。
[0018]實施例2:
將50mg的聚乙烯亞胺分散在40ml的乙醇中，充分攪拌，將溶液轉移至反應釜中，升溫至200°C反應20h，冷卻到室溫。采用柱層析方法，對產物進行分離提純，得到在365nm紫外光激發下發黃綠光的滲氮碳量子點。
[0019]實施例3:
將10mg的聚乙烯亞胺分散在40ml的乙醇中，充分攪拌，將溶液轉移至反應釜中，升溫至180°C反應20h，冷卻到室溫。采用柱層析方法，對產物進行分離提純，得到在365nm紫外光激發下發黃綠光的滲氮碳量子點。
[0020]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制。凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將聚乙烯亞胺分散在乙醇中制成濃度為10-50mg/10ml的溶液，充分攪拌后將溶液轉入反應釜中，在180-200°C烘箱內反應20小時，自然冷卻，即得到碳量子點原液； 采用梯度柱層析方法對原液進一步提純，除去多余未分解的聚乙烯亞胺即得到自發熒光的碳量子點。2.根據權利要求1所述的一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的聚乙烯亞胺為支鏈化聚乙烯亞胺，其分子式是C2X+4KH5X+1(IKNX+2K且呈膠體。3.根據權利要求1或2所述的一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的乙醇為乙醇質量分數多99.7%的分析純無水乙醇；所述的反應釜為聚四氟乙稀內襯反應Il。4.根據權利要求1或2所述的一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的梯度柱層析方法使用中性氧化鋁或層析用硅膠為固定相，采用乙醇為展開劑。
【專利摘要】本發明公開了一種基于聚乙烯亞胺分解的碳量子點制備方法，屬于納米材料制備技術領域。本發明采用聚乙烯亞胺為原材料，將其分散在乙醇溶劑中，充分攪拌后在反應釜180-200℃溫度下熱處理20h，自然冷卻，即獲得帶有自發熒光的分解后的聚乙烯亞胺。本發明提供的方法合成工藝簡便，效率高，聚乙烯亞胺既作為碳源亦作為氮源，獲得的碳量子點純度高，且是單分散性、粒徑適中，具水溶性，有望應用于LED膜材料、熒光標記、DNA載體、靶向載藥顆粒等。
【IPC分類】C09K11/65
【公開號】CN104974750
【申請號】CN201510436822
【發明人】王曉敏, 王菡
【申請人】太原理工大學
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年7月23日