[发明专利]一种基于碳纳米颗粒的比例荧光温度计及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米颗粒的比例型荧光温度计，采用温敏型荧光碳纳米颗粒。其中，碳纳米颗粒的尺寸为1‑20nm，碳纳米颗粒为结晶态，其晶格条纹间距为0.21nm。本发明通过简单的水热处理蔗糖水溶液，得到具有温敏特征荧光性质的碳纳米颗粒，在360nm的紫外光激发下，碳纳米颗粒的发光谱在波长450nm和517nm两处具有明显的荧光峰，这两个荧光峰的强度比值与温度呈线性关系，且荧光强度随着温度增加逐渐猝灭，根据荧光强度比值的变化实现温度的传感。本发明的荧光温度计灵敏度高、可靠性好，其制备方法简单，成本低廉，易大量制备。在微纳环境温度检测、生物传感器等方面具有很好的应用价值和前景。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种具有温敏特征荧光性质的碳纳米颗粒的荧光温度计及其制备方法，并以此为基础实现温度传感的应用。

背景技术

温度传感器在科学技术的发展中一直发挥着极其重要的作用，占据着目前传感器市场上75％～80％的份额。在生物医学方面，温度可以在一定程度上反应细胞新陈代谢的情况，通过温度的检测可以研究细胞内部发生的变化。最新的研究也表明，不同细胞的温度存在一定的差异，同一细胞在不同状况下温度也会发生变化。所以对单一细胞或细胞局部的温度检测显得非常重要。因此，也对温度传感器提出更高的要求，其不仅仅要有较高的温度分辨率，还应该有非常高的空间分辨率。

由于特定材料的温度变化时，荧光强度、荧光颜色、荧光寿命或荧光偏振会发生变化，所以根据这些荧光特征的变化就可以实现温度检测。荧光温度计由于具有反应迅速，空间分辨率高，非接触的工作方式等特点逐渐引起大家的关注。但是目前已开发出来的荧光温度计由于生物相容性差、灵敏度不够高以及会受到背底荧光的干扰等不足，其应用受到了很大的限制。设计并开发新一代荧光温度计来克服这些不足显得尤为重要。此外，目前的绝大多数荧光温度计都是通过荧光光谱来反应温度的，因此测试温度都离不开荧光光谱仪，而一台精度较高的荧光光谱仪通常价值不菲，从国产小型到进口大型的荧光光谱仪，价格从十几万到一百多万不等。因此开发肉眼可直观识别温度变化的荧光材料也具有重要价值。

基于量子点、有机染料、稀土离子螯合物等的荧光温度计已经得到迅速的发展，并开始逐渐被应用到生物方面。利用碳纳米颗粒相对于有机染料而言，光稳定性更好。而相对于传统的金属硫化物、金属硒化物量子点，碳纳米颗粒又具有生物兼容性好的特点，因此基于荧光碳纳米颗粒的传感器有其自身的显著优势。

荧光温度计是通过荧光强度来反应环境温度的，要求荧光强度只随温度变化。而实际应用中，如果激发光的强度出现波动、荧光颗粒的分布不均匀、测量光路出现扰动等，荧光强度都会出现变化，使得温度测量的可靠性受到影响。而比例型荧光温度计，可以同时获得两个荧光峰，上述干扰因素出现时，两个荧光峰的强度会等比例变化，两个荧光峰的比值不会出现变化，具有更高的温度传感的可靠性。

目前为止，虽然荧光碳纳米颗粒的制备方法已经有很多，但是普遍涉及多种化学原料，需要多步反应或者复杂的处理步骤，方法繁琐。特别是要实现在单一波长激发下，观察到两个不同位置的发光峰仍很困难。因此其传感方面的应用也受到限制。

发明内容

针对以上现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于碳纳米颗粒的比例型荧光温度计，其稳定性好、灵敏度高。同时提供了该比例型荧光温度计的制备和应用方法，在纳米荧光温度计、生物传感器等方面具有很好的应用价值和前景。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于碳纳米颗粒的比例型荧光温度计，采用温敏型荧光碳纳米颗粒，碳纳米颗粒的尺寸为1-20nm；所述碳纳米颗粒为结晶态，其晶格条纹间距为0.21nm。