一種碳量子點(diǎn)的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于細(xì)胞成像的熒光量子點(diǎn)制備方法，基團(tuán)修飾及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，屬于納米材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]量子點(diǎn)指半徑小于或接近激光波爾半徑的半導(dǎo)體納米晶體，是具有獨(dú)特的光特性和電特性的納米尺寸粒子。量子點(diǎn)作為一種熒光材料，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中普遍應(yīng)用于細(xì)胞及活體熒光標(biāo)記與成像。以往生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較多的的有機(jī)化學(xué)染料(如FITC、Cy5,Hoechst 33342等)和基于重金屬的半導(dǎo)體量子點(diǎn)(如CdTe，CdSe等)，逐漸暴露出難以克服的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾方面:(I)有機(jī)試劑或含金屬元素的半導(dǎo)體量子點(diǎn)屬于工業(yè)合成產(chǎn)物，有一定的生物毒性，實(shí)際醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用時具有很大的風(fēng)險；(2)隨著生物探針的深入研宄，對熒光標(biāo)記探針的易用與穩(wěn)定性要求越來越高，一般有機(jī)熒光染料抗漂白能力差，容易在使用中失效；而金屬量子點(diǎn)的難溶解問題也逐漸制約其在活體中的應(yīng)用；(3)含金屬元素的半導(dǎo)體量子點(diǎn)的激發(fā)和發(fā)射波長固定，在成像時較為單一，在多色成像方面有明顯的劣勢；(4)有機(jī)染料和金屬量子點(diǎn)在合成、原料采集和工藝原料方面需求苛刻，合成復(fù)雜，環(huán)保性差，不利于綠色應(yīng)用和多次使用。
[0003]新型碳納米材料，包括碳量子點(diǎn)、納米晶體、納米管、納米線及碳多孔材料在納米電子、生物成像、微電載體等研宄領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。其中碳量子點(diǎn)(C-Dots)是一種與半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有相似光學(xué)性能的、環(huán)境友好型熒光納米材料，最初是通過電解單臂碳納米管方式獲得的小粒徑可發(fā)光材料。目前的碳材料已從氧化石墨烯、多臂和單臂碳納米管等原有材料逐漸擴(kuò)展到有機(jī)碳微晶、多糖類及可降解碳物質(zhì)如草木灰、石蠟等。這些碳量子點(diǎn)除擁有光學(xué)性能優(yōu)良、尺寸小等傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)所具備的優(yōu)點(diǎn)外，還具有細(xì)胞毒性低、生物相容性好、易于大規(guī)模合成及功能化修飾、制備成本低廉、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢。目前，碳量子點(diǎn)合成方法較多如:溶劑熱法、電化學(xué)方法、高溫分解法、微波加熱法等，且趨于簡便、高產(chǎn)率。但遺憾的是，盡管目前開發(fā)了多種合成方法，碳量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率仍普遍不夠高；有的合成方法繁瑣、條件苛刻、不夠環(huán)保，這也是碳量子點(diǎn)應(yīng)用受到限制的重要原因。我們的專利提出了一種簡單快速的碳量子點(diǎn)制備及修飾方法，提高其熒光量子產(chǎn)率，推動碳量子點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)成像和材料等多領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)有機(jī)染料和金屬量子點(diǎn)不足，設(shè)計一種以殼聚糖為原料的碳熒光量子點(diǎn)制備的方法。該方法采用微波高溫法一步合成具有高量子產(chǎn)率的碳量子點(diǎn)，輔助親水性聚乙二醇(PEG-4000)表面鈍化，從而獲得高成像能力、水溶性、成本低廉、抗光淬滅的生物/醫(yī)學(xué)用成像量子點(diǎn)。本發(fā)明方法原料易得，制備過程簡便，產(chǎn)物碳量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，特別適合應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)示蹤、成像領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明首先采用殼聚糖，在酸性溶液中溶解后，輔助結(jié)合聚乙二醇(PEG-4000)，微波高溫短時間促碳化，完成合成及表面鈍化兩部分。本發(fā)明方法包括如下步驟:
[0006]步驟1.稱取定量的大分子量殼聚糖，溶解在酸度為2% -5%的乙酸溶液中；加入強(qiáng)氧化性酸(硫酸或硝酸)，磁力攪拌均勻。
[0007]步驟2.加入少量PEG，充分溶解，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)一定時間，至產(chǎn)生均勻溶液；
[0008]步驟3.將溶液放入耐高溫?zé)?，選取700w-900w功率微波爐，以不同循環(huán)時間進(jìn)行微波加熱，循環(huán)次數(shù)2-20次；
[0009]步驟4.將微波處理后的加熱產(chǎn)物密封，自然冷卻到室溫，加入三蒸水，溶解褐色產(chǎn)物；
[0010]步驟5.對褐色溶液離心分離，高速離心，留取上清液；
[0011]步驟6.上清液經(jīng)透析袋透析，得純凈量子點(diǎn)C-dots溶液，冷凍干燥，對量子點(diǎn)進(jìn)行定量稱重，密封保存；
[0012]步驟7.用紫外，熒光分光光度計進(jìn)行光學(xué)性質(zhì)表征，并計算量子產(chǎn)率。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)勢在于(I)本合成方法步驟簡便、成本低廉、反應(yīng)條件溫和、熒光量子產(chǎn)率高；(2)該量子點(diǎn)表面有氨基基團(tuán)，易于修飾；(3)該量子點(diǎn)激發(fā)光和發(fā)射光譜可調(diào)可變，具有可多色成像的優(yōu)勢；(4)該量子點(diǎn)的光穩(wěn)定性、生物相容性、抗漂白能力也得到了提高；(5)該量子點(diǎn)水溶性好，成像清晰，具有很好的成像示蹤效果和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1為碳量子點(diǎn)制備流程示意圖
[0015]圖2為碳量子點(diǎn)成像示意圖
[0016]圖3為碳量子點(diǎn)抗光淬滅效果圖
[0017]圖4為碳量子點(diǎn)的細(xì)胞成像效果圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】是對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]實(shí)施例1:微波合成水溶性殼聚糖碳量子點(diǎn)
[0020]步驟1.稱取500mg大分子量的殼聚糖(10kDa)，溶解在250ml酸度5%的乙酸溶液中；取1ml溶液加入5ml濃硫酸，磁力攪拌均勾，并氮?dú)獗Ｗo(hù)Ih ；
[0021 ] 步驟2.將溶液放入耐高溫?zé)?，選取700w功率微波爐，以20s ON, 1s OFF的方式進(jìn)行微波加熱，循環(huán)次數(shù)5次；
[0022]步驟3.將微波處理后的加熱產(chǎn)物密封，自然冷卻到室溫，加入三蒸水5ml，溶解褐色產(chǎn)物；對褐色溶液離心分離，14000rpm lOmin，保留上清液；
[0023]步驟4.上清液經(jīng)透析袋透析后，得純凈量子點(diǎn)C-dots溶液，冷凍干燥保存。
[0024]用紫外，熒光分光光度計進(jìn)行光學(xué)性質(zhì)表征，對比標(biāo)準(zhǔn)品硫酸奎寧計算熒光量子產(chǎn)率為9.71 %，該合成步驟中量子點(diǎn)量子產(chǎn)率相對較低，考慮缺乏鈍化步驟，故在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)方法見實(shí)施例2。
[0025]實(shí)施例2:微波合成水溶性殼聚糖碳量子點(diǎn)
[0026]步驟1.稱取500mg大分子量的殼聚糖(10kDa)，溶解在250ml酸度5%的乙酸溶液中；取1ml溶液加入5ml濃硫酸，磁力攪拌均勾，并氮?dú)獗Ｗo(hù)lh。
[0027]步驟2.加入20