一種熒光碳點及其合成方法和其在細胞標記方面的應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用微波加熱法一步合成熒光碳點的方法。本方法采用葉酸作為碳源，通過微波加熱法一步合成了一種熒光碳點。與其他制備方法相比，本申請方法反應簡單快速，無需苛刻的反應條件，原材料結構簡單，便宜且方便易得，所得碳點量子的產(chǎn)率高，并已成功地將其應用于細胞熒光標記。本發(fā)明的熒光碳點可應用于化學、生物和材料科學等領域。
【專利說明】一種熒光碳點及其合成方法和其在細胞標記方面的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熒光碳點及其合成方法和其在細胞標記方面的應用。
【背景技術】
[0002]碳點的粒徑一般小于或者接近激子波爾半徑，經(jīng)過表面鈍化后，不僅具有一些傳統(tǒng)半導體量子點的特點，如發(fā)射波長可調(diào)控，耐光漂白，易于生物標記，而且還有以下優(yōu)點:量子點發(fā)光不穩(wěn)定，有光閃爍現(xiàn)象； 而熒光碳點發(fā)光穩(wěn)定。量子點通常由I1-VI族或II1-V族元素組成，重金屬離子會影響細胞的增殖和發(fā)育能力，對環(huán)境也會造成污染；而碳點不含重金屬元素，生物毒性低，對細胞的正常結構和功能無明顯影響。綜上所述，碳點在細胞成像、生物活體標記和癌癥診斷等領域具有廣闊的發(fā)展前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的一個目的是提供一種制備發(fā)光碳點的方法，包括以下步驟:將葉酸、多元醇和無機酸混合后進行微波加熱，得到發(fā)光碳點。
[0004]具體的，所述多元醇為二元醇或三元醇中的一種或其組合；所述二元醇具體為一縮二乙二醇或平均分子量為200的聚乙二醇，所述三元醇具體為甘油；所述無機酸為一元無機酸或二元無機酸中的一種或其組合；所述一元無機酸為鹽酸或硝酸；所述二元酸具體為硫酸。
[0005]具體的，所述無機酸為濃酸；再具體的，所述濃酸為濃度為36.5%以上的鹽酸、98%以上的硫酸或68%以上的硝酸。
[0006]具體的，所述葉酸與所述多元醇的配比為Imol葉酸:1000-3000mol羥基；具體為所述葉酸與所述二元醇的摩爾比為1: 500-1: 1500，優(yōu)選1: 500-1: 1000 ;再優(yōu)選I: 500或1: 1000 ;葉酸與三元醇的摩爾比為1: 333-1: 1000 ;優(yōu)選1: 1000。
[0007]具體的，所述葉酸與所述無機酸的配比為Imol葉酸:1-1OOmol氫離子；具體為葉酸與一元酸的摩爾比為1: 10-1: 100;優(yōu)選1: 10-1: 55;再優(yōu)選1: 10或1: 55;葉酸與二元酸的摩爾比為1: 5-1: 50;優(yōu)選1: 50。
[0008]具體的，所述微波加熱的時間為0.5-10min ;所述微波加熱的功率為500W-900W。
[0009]具體的，所述方法中，在所述微波加熱后還包括如下步驟:將所述微波加熱的產(chǎn)物進行透析，然后真空干燥；干燥樣品經(jīng)無水乙醇磨洗，離心，棄去上清液，將獲得的沉淀真空干燥，得到最終產(chǎn)物。
[0010]具體的，所述透析的透析袋采用的是截留分子量為500Da的透析袋；所述透析的透析時間為24-120h;所述真空干燥的溫度為20°C -1OO0C ;所述離心的轉(zhuǎn)速為8000-15300g。
[0011]本發(fā)明的另一個目的是提供所述方法制備得到的發(fā)光碳點。
[0012]具體的，所述發(fā)光碳點的粒徑范圍為3.62-5.62nm ;優(yōu)選3.71-5.6Inm ;再優(yōu)選
3.73-5.56nm、3.92-5.6 Inm 或 3.71-5.56nm ；
[0013]所述碳點的激發(fā)波長范圍320nm-460nm ；
[0014]最大激發(fā)波長的范圍為340-380nm ;優(yōu)選351_356nm ;再優(yōu)選351nm、354nm或356nm ；
[0015]發(fā)射波長范圍330-640nm ;優(yōu)選 390_602nm ;再優(yōu)選 390nm-599nm、394nm-601nm 或394nm-602nm ；
[0016]最大發(fā)射波長的范圍為440_480nm ；優(yōu)選456_459nm ;再優(yōu)選456nm、457nm或459nm
[0017]所述發(fā)光碳點的熒光量子產(chǎn)率為12.7% -18.9% ;優(yōu)選15.4% -18.9% ;再優(yōu)選
15.4%,17.1%或 18.9%。
[0018]本發(fā)明的再一個目的是提供所述的碳點在生物分子標記或細胞標記中的應用，或在制備生物分子標記物、細胞標記物中的應用。
[0019]本發(fā)明所述多元醇指分子式中含有2個以上羥基基團的化合物。
[0020]本發(fā)明所述的二元醇指分子式中含有2個羥基基團的化合物。
[0021]本發(fā)明所述的三元醇指分子式中含有3個羥基基團的化合物。
[0022]本發(fā)明所述一元酸指一個酸分子中只能電離出I個H+離子的酸。
[0023]本發(fā)明所述二元酸指一個酸分子中只能電離出2個H+離子的酸。
[0024]本發(fā)明采用葉酸作為碳源，實現(xiàn)碳點的制備與鈍化步驟同步完成，方法簡便、迅速，成本低廉，在一般實驗室均能完成，易于推廣，得到的碳點量子產(chǎn)率高高于目前其他采用微波加熱法合成的碳點的熒光產(chǎn)率，并成功應用于大鼠腦膠質(zhì)瘤細胞的標記。本發(fā)明可更廣泛地應用于化學、生物和材料科學等領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例1合成得到的碳點的透射電鏡圖。
[0026]圖2為實施例1合成得到的碳點的紫外-可見光吸收光譜圖和熒光發(fā)射光譜圖。
[0027]圖3為實施例1合成得到的碳點對大鼠腦膠質(zhì)瘤細胞的標記情況。
[0028]圖4為實施例2合成得到的碳點的透射電鏡圖。
[0029]圖5為實施例2合成得到的碳點的紫外-可見光吸收光譜圖和熒光發(fā)射光譜圖。
[0030]圖6為實施例2合成得到的碳點對大鼠腦膠質(zhì)瘤細胞的標記情況。
[0031]圖7為實施例3合成得到的碳點的透射電鏡圖。
[0032]圖8為實施例3合成得到的碳點的紫外-可見光吸收光譜圖和熒光發(fā)射光譜圖。
[0033]圖9為實施例3合成得到的碳點對大鼠腦膠質(zhì)瘤細胞的標記情況。
【具體實施方式】
[0034]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0035]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0036]下面通過具體實例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。
[0037]實施例1
[0038]一、碳點的制備
[0039]稱取15.0Omg葉酸(純度97% )，加入1.60ml —縮二乙二醇(純度98% )，27.50 μ I濃鹽酸(濃度為36.5% )，三者摩爾比為1: 500: 10，超聲溶解。置于微波爐中加熱30s，加熱功率900W，自然冷卻至室溫，將反應得到的碳點裝入截留分子量為500Da透析袋中透析72h，袋外加蒸餾水，期間不斷換水。透析后放入真空干燥箱中，60°C抽真空干燥過夜。第二天向干燥后的樣品中加入15ml無水乙醇，充分磨洗，15300g離心10min。離心后棄去上清液，將獲得的沉淀37°C抽真空干燥，得到最終產(chǎn)物。
[0040]二、碳點的表征
[0041]1、透射電鏡掃描
[0042]如圖1所示。制得碳點為球形,分布均勻,粒徑范圍為3.73-5.56nm。
[0043]2、碳點的吸收波長和發(fā)射波長
[0044]如圖2所示。左側曲線為制得碳點的紫外吸收光譜，在277nm有一吸收峰，在320nm-360nm有一吸收帶。右側曲線為制得碳點的熒光發(fā)射光譜，激發(fā)波長范圍320-460nm,最大激發(fā)波長為356nm ;發(fā)射波長范圍390nm-599nm,最大發(fā)射波長為456nm。
[0045]3、熒光量子產(chǎn)率
[0046]檢測方法:
[0047]在測量中，采用硫酸奎寧作為參照標準(其量子產(chǎn)率為54% )。首先，分別檢測熒光碳點水溶液和硫酸奎寧水溶液在相同激發(fā)波長下的吸光度。然后，分別檢測此激發(fā)光波長下所得到的二者的熒光發(fā)射峰，并積分得到熒光峰面積。再按照以下公式計算熒光量子產(chǎn)率:
[0048]
【權利要求】
1.一種制備發(fā)光碳點的方法，包括以下步驟:將葉酸、多元醇和無機酸混合后進行微波加熱，得到發(fā)光碳點。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述多元醇為二元醇或三元醇中的一種或其組合；所述無機酸為一元無機酸或二元無機酸中的一種或其組合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述二元醇具體為一縮二乙二醇或平均分子量為200的聚乙二醇，所述三元醇具體為甘油；所述一元無機酸為鹽酸或硝酸；所述二元無機酸為硫酸。
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的方法，其特征在于:所述葉酸與所述多元醇的配比為1mol葉酸:1000-3000mol羥基；所述葉酸與所述無機酸的配比為Imol葉酸:1-1OOmol氫離子。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于:所述微波加熱的時間為0.5-10mino
6.根據(jù)權利要求1-5任一所述的方法，其特征在于:所述微波加熱的功率為500W-900W。
7.根據(jù)權利要求1-6任一所述的方法，其特征在于:所述方法中，在所述微波加熱后還包括如下步驟:將所述微波加熱的產(chǎn)物進行透析，然后真空干燥；干燥樣品經(jīng)無水乙醇磨洗，離心，棄去上清液，將獲得的沉淀真空干燥，得到最終產(chǎn)物。
8.由權利要求1-7任一所述方法制備得到的發(fā)光碳點。
9.根據(jù)權利要求8所述的發(fā)光碳點，其特征在于:所述發(fā)光碳點的粒徑范圍為3.62-5.62nm ;所述碳點的激發(fā)波長范圍320nm-460nm,最大激發(fā)波長350_360nm ;發(fā)射波長范圍330-640nm，最大發(fā)射波長440_480nm。
10.權利要求1-7任一所述方法制備得到的發(fā)光碳點或權利要求8-9任一所述的發(fā)光碳點在生物分子標記或細胞標記中的應用，或在制備生物分子標記物、細胞標記物中的應用。
【文檔編號】G01N21/64GK104130777SQ201310159428
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權日:2013年5月3日
【發(fā)明者】顧微, 關瑋偉, 薛明, 葉玲 申請人:首都醫(yī)科大學