[发明专利]一种磷氧共杂化黄色荧光量子点及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及发光纳米材料，尤其涉及量子点，具体是一种磷氧共杂化黄色荧光量子点及其制备方法和应用。

背景技术

碳量子点(carbon dots，C-dots)是由Scrivens等(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，12736-12737)在2004年研究单壁碳纳米管时首次发现的一种以碳为骨架结构的新型纳米材料，与传统的半导体量子点和有机染料相比，碳量子点作为一种新型可发光材料，不仅保持了碳材料毒性小、生物相容性好等优点，而且具有合成方便、易于修饰、发光范围可调、双光子吸收截面大、荧光量子效率高、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化、价廉、易大规模合成等无法比拟的优势，并且基本上不损伤细胞，更符合细胞标记和生物医学成像需要。这种新型的荧光碳纳米粒子的尺寸大小与半导体量子点相似，平均粒径小于10nm，具有很长的荧光寿命，并且可实现上转换荧光发射，最重要的是，碳量子点较以往的荧光材料更具有生物安全型，在荧光探针生物检测、生物传感、生物分析、金属阳离子和阴离子的生化分析、生物传感器、光电转换以及光催化等领域体现出重要应用价值。

碳量子点的制备方法目前主要有两种，自上而下法(Top-down)和自下而上法(Bottom-up)。自上而下的合成方法，即从较大的碳结构剥落制备碳纳米颗粒的物理方法，再通过聚合物表面钝化的方式使其有效放光，主要包括电弧放电、激光剥蚀、电化学氧化、电子束辐射等，该类方法往往需要严格的实验条件或特殊的能源，成本高，而且获得碳量子点的荧光量子产率较低；自下而上的合成方法，即通过热解或碳化合适的前驱物直接合成荧光碳量子点，包括燃烧法、热液碳化法、支持合成法、微波法、超声波法等，但是由于该类方法选用的原料都是不可再生能源且需要严格的后处理工艺，所以也不利于持续并规模生产碳量子点。由于杂化后碳量子点的发光效率是未杂化碳量子点的数倍甚至数十倍，故杂化后的碳量子点有更广阔的应用前景，但是现如今，关于杂化碳量子点的研究还处于起步阶段。因此，寻找廉价易得、资源丰富、天然无毒和环境友好型的原料作为碳源，制备掺杂化、高荧光量子产率的量子点对生物应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的磷氧共杂化黄色荧光量子点，并建立一种操作简单、设备简易、原料低廉和绿色环保的制备方法；以及将所述的量子点用于体外细胞成像及水体中pH检测应用。

本发明提供的一种磷氧共杂化黄色荧光量子点，通过包括如下步骤的方法制备得到：

1)、将南瓜和浓磷酸置于玻璃容器中，加入二次水，充分搅拌，得到南瓜与磷酸的混合溶液；南瓜、浓磷酸和二次水的质量比为：0.3-3.0︰11.83-25.35︰0-8.0；

2)、将装有混合溶液的玻璃容器置于恒温磁力搅拌器中，在90℃下反应15-120min，得到深褐色粘稠溶液；

3)、待深褐色粘稠溶液自然冷却，用1M氢氧化钠将溶液pH调节至中性，得到浅橘色溶液，过滤去除不溶物得到澄清的浅橘色溶液，通过500-1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少3天，即得到纯净的磷氧量子点的水溶液；

4)、将上述磷氧量子点水溶液冷冻干燥后得到目标磷氧量子点。

所述的加热反应时间为45-75min。

上述方法制备的磷氧共杂化黄色荧光量子点可在活细胞荧光成像中应用，也可在水体pH检测中应用。

本发明的优点：

(1)本发明操作简单，不需要高温或表面钝化剂处理，即可得到磷氧共杂化黄色荧光量子点。

(2)原材料南瓜和浓磷酸均为普通试剂，来源广泛，价格便宜。

(3)生产设备仅需恒温磁力搅拌器，操作方便，能在几十分钟内快速完成，节能省时。

(4)磷氧量子点的量子产率较高，以硫酸奎宁(量子产率54％)为参照物，所得磷氧量子点得相对量子产率一般在2.32％～9.42％之间。

(5)具黄色荧光的磷氧量子点用于活细胞成像，可避免细胞自身蓝色荧光干扰，使荧光成像更加准确真实。

总之，本发明工艺操作简单，原料来源广泛且价格便宜，制备条件要求低且相对温和，所得磷氧量子点荧光量子产率较高，解决了现有量子点制备方法因工艺和原料限制而无法规模化生产且获得量子点的荧光量子产率较低等问题，该磷氧量子点可应用于生物标记、生物影像、光电装置以及活体成像等领域。

附图说明

图1为实施例1制备的磷氧量子点的紫外吸收光谱及荧光发射光谱；

图2为实施例1制备的磷氧量子点荧光发射曲线随激发波长变化的光谱图