一種綠色熒光碳點的制備方法及在細胞成像方面的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種綠色熒光碳點的制備方法及在細胞成像方面的應(yīng)用，屬于熒光納米材料的制備和應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明具體的制備步驟如下：(1)將花瓣粉末加入去離子水中，制得混合液；(2)將(1)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，進行水熱反應(yīng)；(3)將(2)得到的產(chǎn)物經(jīng)過離心、透析，最終得到綠色熒光碳點溶液。本發(fā)明將植物花瓣作為碳源，原料廣泛易得，制備方法簡單，成本低；而且制得的綠色熒光碳點水溶性好、穩(wěn)定性強，可直接用于細胞成像等。
【專利說明】一種綠色熒光碳點的制備方法及在細胞成像方面的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熒光納米材料的制備，具體屬于一種綠色熒光碳點的制備方法及在細胞成像方面的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]碳納米點，也稱為碳點，是一類尺寸小于1nm的新型碳納米材料,于2004年通過電泳法凈化單層碳納米管時首次發(fā)現(xiàn)。由于其穩(wěn)定性強、毒性小、水溶性好、成本低和原材料豐富等優(yōu)點，碳點逐漸成為碳納米材料家族中的一顆新星，并廣泛應(yīng)用于生物成像、熒光打印、傳感等研究領(lǐng)域。
[0003]目前，大多數(shù)合成的熒光碳點在紫外光激發(fā)下發(fā)射藍光。在生物成像方面，綠色熒光碳點更有吸引力，這是由于生物的自體熒光一般為藍色，將綠色熒光碳點用于生物標記，則會避免生物自體熒光的干擾。
[0004]現(xiàn)有的綠色熒光碳點的制備方法分為“自上而下”和“自下而上”兩類。
[0005]文獻(Doped Carbon Nanoparticles as a New Platform for HighlyPhotoluminescent Dots,Yaping Sun,Xin Wang, Fushen Lu，Li Cao，MohammedJ.Mezianij Pengju G.Luoj Lingrong Gu，and L.Monica Vecaj J.Phys.Chem.C, 2008, 112，18295 - 18298)，利用激光燒蝕法制得碳納米顆粒，并在碳核上摻雜氧化鋅或硫化鋅，從而得到綠色突光碳點；文獻(Graphitized carbon dots emittingstrong green photoluminescence, Yun Liu, Chunyan Liu, and Zhiying Zhang, J.Mater.Chem.C, 2013, I, 4902 - 4907)，利用乙二醇在濃硫酸作用下，通過一步微波法合成具有綠色突光的石墨烯量子點；文獻(Water-soluble and phosphorus-containingcarbon dots with strong green fluorescence for cell labeling,WeiWang, Yongmao Li,Lu Cheng, Zhiqiang Cao, and Wenguang Liu, J.Mater.Chem.B，2014，2，46 - 48)，利用植酸和乙二胺通過微波法合成綠色熒光碳點；文獻(One-st印microwave-assisted polyol synthesis of green luminescent carbon dots as opticalnanoprobes, Yi Liu, Ning Xiao, Ningqiang Gong, Hao Wang, Xin Shi, Wei Gu, and LingYe, Carbon, 2014，68，258 - 264)，以糖類為碳源，以二甘醇為反應(yīng)介質(zhì)，通過一步微波法合成綠色突光碳點° 文獻(Fast, energy-efficient synthesis of luminescent carbonquantum dots, Yongsheng Li, Xiaoxia Zhong, Amanda E.Rider, Scott A.Furmand, andKostya (Ken) Ostrikov, Green Chem., 2014, 16, 2566 - 2570)，利用糖類和喊合成綠色突光碳點。自上而下的合成方法實驗條件苛刻，制備方法復雜；自下而上的合成方法大多使用了化學試劑，對環(huán)境具有一定的危害。
[0006]因此，研究簡單、綠色的綠色熒光碳點的制備方法，對于熒光納米材料在生物成像、熒光打印、傳感等方面的應(yīng)用有重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種制備綠色熒光碳點的方法。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于將所制備的綠色熒光碳點應(yīng)用于細胞成像。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種制備綠色熒光碳點的方法，是以花瓣為碳源，去離子水為溶劑，通過一步水熱法制得。
[0010]進一步，本發(fā)明提供的一種制備綠色熒光碳點的方法，包括如下步驟:
[0011](I)將花瓣粉末加入去離子水中，制得混合液；
[0012](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，進行水熱反應(yīng)；
[0013](3)將⑵得到的產(chǎn)物經(jīng)過離心、透析，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0014]步驟⑴中所述的花瓣粉末與去離子水按質(zhì)量比1:10?100混合。
[0015]步驟⑵中所述的水熱反應(yīng)的溫度為150?300°C，持續(xù)2?4h。
[0016]步驟(3)中所述的離心是以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,所述的透析是用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h。
[0017]所述的花瓣粉末，是將新鮮花瓣烘干研磨成粉末狀。所述的花瓣是各種植物的花瓣。
[0018]上述方法制備的綠色熒光碳點具有良好的綠色發(fā)光性能，可在細胞成像方面應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0020](I)以花瓣為碳源，原料廣泛易得，綠色環(huán)保，制備方法簡單，成本低廉；
[0021](2)制得的綠色熒光碳點具有良好的綠色發(fā)光性能，將其用于生物標記，可以避免生物自體熒光的干擾。
[0022](3)制得的綠色熒光碳點穩(wěn)定性強、毒副作用小、水溶性好，在生物成像、熒光打印、傳感等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1制備的綠色熒光碳點溶液分別在日光燈和波長為365nm紫外燈照射下的照片
[0024]圖2為本發(fā)明實施例1制備的綠色熒光碳點在透射電子顯微鏡(TEM)下的照片
[0025]圖3為本發(fā)明實施例1制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0026]圖4為本發(fā)明實施例2制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0027]圖5為本發(fā)明實施例3制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0028]圖6為本發(fā)明實施例4制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0029]圖7為本發(fā)明實施例5制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0030]圖8為本發(fā)明實施例6制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0031]圖9為本發(fā)明實施例7制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0032]圖10為本發(fā)明實施例8制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0033]圖11為本發(fā)明實施例9制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖
[0034]圖12為本發(fā)明實施例10中pH值對綠色熒光碳點的熒光強度的影響
[0035]圖13為本發(fā)明實施例11中金屬離子對綠色熒光碳點的熒光強度的影響
[0036]圖14為本發(fā)明實施例12中綠色熒光碳點在人子宮頸鱗狀細胞癌細胞(A193)中的熒光成像(1:細胞明場照片，2:碳點標記細胞熒光成像(激發(fā)波長為488nm)，3:明場和熒光像疊加照片)

【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明是以花瓣為碳源，以去離子水為溶劑，通過一步水熱法制備綠色熒光碳點并將其應(yīng)用于細胞成像方面。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0038]實施例1
[0039]以百合花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0040](I)將0.5g百合花瓣粉末加入20mL去離子水中，制得混合液；
[0041](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在200°C下水熱反應(yīng)3h ；
[0042](3)將⑵得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心lOmin，再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0043]制備的綠色熒光碳點溶液分別在日光燈和波長為365nm紫外燈照射下的照片見圖1，其中I為綠色熒光碳點溶液在日光燈照射下的圖片，顏色為棕色，2為波長為365nm紫外燈照射下的圖片，顏色為綠色。
[0044]制備的綠色熒光碳點在透射電子顯微鏡(TEM)下的照片見圖2。
[0045]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖3，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0046]實施例2
[0047]以月季花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0048](I)將0.5g月季花瓣粉末加入20mL去離子水中，制得混合液；
[0049](2)將⑴得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在250°C下水熱反應(yīng)2h ；
[0050](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0051]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖4，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0052]實施例3
[0053]以槐花花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0054](I)將0.5g槐花花瓣粉末加入30mL去離子水中，制得混合液；
[0055](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在200°C下水熱反應(yīng)3h ；
[0056](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0057]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖5，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0058]實施例4
[0059]以映山紅花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0060](I)將0.5g映山紅花瓣粉末加入40mL去離子水中，制得混合液；
[0061](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在250°C下水熱反應(yīng)3h ；
[0062](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心lOmin，再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0063]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖6，其中I?5分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm和440nm激發(fā)下的熒光光譜圖。
[0064]實施例5
[0065]以龍牙花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0066](I)將0.5g龍牙花瓣粉末加入50mL去離子水中，制得混合液；
[0067](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在300°C下水熱反應(yīng)2h ；
[0068](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0069]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖7，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0070]實施例6
[0071]以白玉蘭花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0072](I)將0.5g白玉蘭花瓣粉末加入20mL去離子水中，制得混合液；
[0073](2)將⑴得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在250°C下水熱反應(yīng)3h ；
[0074](3)將⑵得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0075]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖8，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0076]實施例7
[0077]以黃刺梅花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0078](I)將0.5g黃刺梅花瓣粉末加入30mL去離子水中，制得混合液；
[0079](2)將⑴得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在250°C下水熱反應(yīng)2h ；
[0080](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0081]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖9，其中I?6分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm和450nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0082]實施例8
[0083]以蜀葵花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0084](I)將0.5g蜀葵花瓣粉末加入40mL去離子水中，制得混合液；
[0085](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在300°C下水熱反應(yīng)3h ；
[0086](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0087]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖10，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0088]實施例9
[0089]以牽牛花花瓣為碳源的綠色熒光碳點的制備:
[0090](I)將0.5g牽?；ɑò攴勰┘尤?0mL去離子水中，制得混合液；
[0091](2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在250°C下水熱反應(yīng)4h ；
[0092](3)將(2)得到的產(chǎn)物用離心機以4000r/min轉(zhuǎn)速離心lOmin，再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色熒光碳點溶液。
[0093]制備的綠色熒光碳點在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜圖見圖11，其中I?7分別是激發(fā)波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發(fā)下的突光光譜圖。
[0094]實施例10
[0095]pH值對實施例1制備的綠色熒光碳點的熒光強度的影響實驗:
[0096]分別將0.2mL實施例1制備的綠色熒光碳點溶液加入到2mL不同pH值的磷酸緩沖溶液中，固定激發(fā)波長為440nm，在20°C下進行熒光光譜檢測，根據(jù)520nm處的熒光強度，檢測PH值對綠色熒光碳點的熒光強度的影響。
[0097]pH值對綠色熒光碳點的熒光強度的影響見圖12:在440nm激發(fā)下，綠色熒光碳點在pH為3-10的范圍內(nèi)，熒光峰強度基本保持不變，說明本發(fā)明制備的綠色熒光碳點可以應(yīng)用于各種酸堿體系。
[0098]實施例11
[0099]金屬離子對實施例1制備的綠色熒光碳點的熒光強度的影響實驗:
[0100]用PH = 5 的 0.0lmol.Γ1 的磷酸緩沖液和 AgNO3' Al (NO3)3' Ba (NO3) 2、Bi (NO3)2'Ca(NO3)2' Cd(NO3)2' Co (NO3)2' Cu(NO3)2' Fe (NO3)2' Fe (NO3) 3、Hg(NO3)2' K(NO3)2' Mg(NO3)2'Mn (NO3) 2、NaN03、Ni (NO3) 2、Pb (NO3) 2、Zn (NO3) 2 分別配制金屬離子濃度為 300 μ mo I.Γ1 的溶液，分別將0.2mL實施例1制備的綠色熒光碳點溶液加入到2mL上述含不同金屬離子的溶液中，固定激發(fā)波長為440nm，在20°C下進行熒光光譜檢測，根據(jù)520nm處的熒光強度，檢測金屬離子對綠色熒光碳點的熒光強度的影響。
[0101]金屬離子對綠色熒光碳點的熒光強度的影響見圖13:在440nm激發(fā)下，F(xiàn)與Ftl的比值基本不變(F和Ftl分別代表加入金屬離子和未加金屬離子的熒光強度值)，說明本發(fā)明制備的綠色熒光碳點具有良好的抗金屬離子干擾性。
[0102]實施例12
[0103]實施例1制備的綠色熒光碳點在細胞成像方面的應(yīng)用實驗:
[0104](I)將人子宮頸鱗狀細胞癌細胞(A193)接種于6孔板中，每孔加入封閉液，將其放入濕盒中，再放入37°C、5% CO2培養(yǎng)箱中孵育30min ；
[0105](2)取出6孔板，先用0.0lmol.Γ1的磷酸緩沖液洗去封閉液，再用濾紙將孔板周圍液體吸干；
[0106](3)將實施例1制備的綠色熒光碳點加入6孔板中，在37°C、5% CO2培養(yǎng)箱中共孵育30min ；
[0107](4)用0.0lmol.Γ1的磷酸緩沖液洗滌，然后置于熒光顯微鏡下觀察碳點與細胞標記情況。
[0108]綠色熒光碳點標記人子宮頸鱗狀細胞癌細胞(A193)的熒光顯微鏡圖見圖14(1:細胞明場照片，2:碳點標記細胞熒光成像(激發(fā)波長為488nm)，3:明場和熒光像疊加照片):在熒光顯微鏡下觀察細胞標記情況，可以看到細胞呈現(xiàn)出明亮的綠色熒光，說明本發(fā)明制備的綠色熒光碳點在細胞成像方面具有良好的應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種綠色熒光碳點的制備方法，其特征在于，綠色熒光碳點是以花瓣為碳源，去離子水為溶劑，通過一步水熱法制得。
2.如權(quán)利要求1所述的一種綠色熒光碳點的制備方法，其主要步驟為: (1)將花瓣粉末加入去離子水中，制得混合液； (2)將(I)得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，進行水熱反應(yīng)； (3)將(2)得到的產(chǎn)物經(jīng)過離心、透析，最終得到綠色熒光碳點溶液。
3.如權(quán)利要求2所述的一種綠色熒光碳點的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的花瓣粉末與去離子水按質(zhì)量比1:10?100混合。
4.如權(quán)利要求2所述的一種綠色熒光碳點的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述水熱反應(yīng)的溫度為150?300°C，持續(xù)2?4h。
5.如權(quán)利要求2所述的一種綠色熒光碳點的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的離心是以4000r/min轉(zhuǎn)速離心lOmin。
6.如權(quán)利要求2所述的一種綠色熒光碳點的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的透析是用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h。
7.如權(quán)利要求2-6任一權(quán)利要求所述方法制備的綠色熒光碳點。
8.如權(quán)利要求7所述的綠色熒光碳點在細胞成像方面的應(yīng)用。
【文檔編號】G01N21/64GK104403664SQ201410623730
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】石利紅, 李艷艷, 李曉峰, 溫香平, 雙少敏 申請人:山西大學