[发明专利]用于检测酸性环境pH的绿色荧光碳量子点及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于检测酸性环境pH的绿色荧光碳量子点及其制备方法和应用。制备方法：将对苯二胺、磷酸和乙二胺置于烧杯内，加入二次水，充分搅拌后超声溶解；再将其放入微波炉(600w‑1000w)中加热30s‑3min40s；待反应完成后静置冷却至室温，将产物用滤纸和微滤膜(0.22μM)过滤除去大分子颗粒；然后离心得到深棕色的溶液，将溶液冷冻干燥获得干燥的棕色粉末。该方法制备工艺简单，制备条件要求低，无需繁琐的样品预处理。本发明所制得的碳量子点具有稳定的光学性质，良好的生物相容性等特点；所制备的绿色碳量子点对pH有很灵敏的响应，并且可以快速地穿透细胞膜进入细胞，可实时检测活细胞内的pH。

技术领域

本发明涉及发光纳米材料，尤其涉及荧光碳量子点，具体是一种用于检测酸性环境pH的绿色荧光碳量子点及其制备方法和应用。

背景技术

生物体细胞内pH是影响其生命过程的一个重要参数,与细胞的增值和凋亡、离子传输、细胞内稳态、酶活动、药物抗体以及细胞内吞作用等密切相关。最新医学研究表明,适宜的pH同样是保持人体正常生理活动的一个关键参数。破坏或轻微改变健康细胞质和细胞器内的pH平衡会对生物体造成巨大的危害，甚至直接导致癌症、心肺疾病或神经等问题。相比于正常细胞,癌细胞中的pH会发生明显的增大或减小,这种pH的差异可以作为肿瘤细胞的标识指标,从而提供一种识别癌症的新途径。因此,设计一种稳定可靠的方法对pH变化进行定量和成像分析具有重要的意义。

目前pH值的测量方法，包括核磁共振(NMR)，微电极，吸收光谱法和荧光法。其中，荧光测定法因其响应速度快，灵敏度高，无创性和实时监测而具有非凡的优势。另外，荧光成像与激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)相结合可以为监测活细胞的pH的变化提供高时空分辨率。目前，许多优秀的pH依赖性荧光探针其荧光强度随pH的增加而降低，这在很大程度上限制了它的使用。另外，在Sensors上发表的“利用碳点检测水样中的pH”，该碳点用于检测近中性的反应体系。专利CN201910347555.6制备的碳点用于检测极酸的反应体系。这些给在生物体细胞内pH(pH位于4-6)的检测带来很多的不便。因此开发可以利用高时空分辨率检测弱酸性(pH＝4-6)环境的探针是十分必要的。

近年来，碳量子点作为一种新的荧光纳米材料，因其良好水溶性、生物相容性和出色的荧光特性等引起广泛关注，并促进了碳点在生物医学、荧光传感等领域的应用。然而大多数碳点发射蓝色荧光，因其背景干扰限制了其在生物学中的应用。碳量子点的合成多采用水热法或溶剂热法，耗时较长且溶剂对环境不友好。因此，迫切需要开发一种合成方法简单有效的方法。开发简单且具有长波长发射的荧光碳点对于生物传感和生物医学具有非常重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构性质优异的荧光碳量子点，并建立一种操作简单、设备简易和原料低廉的制备方法；以及将所述的荧光碳量子点可用于实时检测活细胞内pH变化和细胞成像。

本发明提供的一种用于检测酸性环境pH的绿色荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：

1)将对苯二胺、磷酸和乙二胺置于烧杯内，加入二次水，充分搅拌后超声溶解，所述对苯二胺、磷酸、乙二胺和水的质量比为：0.05-0.2：0.1-0.5：0.01-0.1：1000-10000；

2)将其放入微波炉中加热，加热条件：600w-1000w加热1min-3min40s；

3)待反应完成后静置冷却至室温，将产物用滤纸和微滤膜(0.22μM)过滤除去大分子颗粒；离心得到深棕色的溶液，将溶液冷冻干燥获得棕色粉末即为目的产品。

步骤1)中对苯二胺、磷酸、乙二胺和水的质量比优选为0.05-0.15：0.2-0.4：0.05-0.1：1000-5000；进一步优选为0.1-0.15：0.3-0.4：0.08-0.1：3000-5000。