一种激发可调双发射N掺杂碳点及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及荧光纳米材料，具体涉及一种激发可调双发射N掺杂碳点及其制备方法，以及该激发可调双发射N掺杂碳点用于温度检测和细胞中Fe

背景技术

碳点作为一种新型的碳纳米材料，自2004年被发现以来受到了广泛的关注。目前，合成碳点的方法有很多，可以归纳为化学方法和物理方法两大类。化学方法包括电化学合成法，燃烧/热解/水热/酸氧化法，模板合成法，微波/超声波法，其他化学方法等。物理方法包括电弧放电，激光烧蚀/钝化和等离子处理等。

碳点具有出色的光致发光性能、良好的光稳定性、优异的水溶性和低毒性等优点。这些特性使它们在成像、药物输送、医学诊断、指纹检测和荧光墨水中具有广阔的应用前景。特别是碳点已被广泛用作化学传感器和生物传感器。目前，大多数合成的多功能碳点在紫外光激发下发射蓝色荧光。在生物相关领域，蓝色荧光碳点作为光学探针并不具有吸引力，这是由于生物的自体荧光一般为蓝色，会对检测造成干扰；另外，紫外光激发会对生物体造成损伤。因此，开发具有长波长发射的碳点基荧光探针具有重要的意义。目前，大多数碳点是单发射的。从传感应用的角度看，发展激发可调的双发射荧光碳点受到高度的重视，因为这种碳点可以利用两个不同波长处的荧光强度来测定目标物。

发明内容

本发明目的在于提供一种激发可调双发射N掺杂碳点及其制备方法，所述制备方法应工艺简单、制备条件要求低，制得的激发可调双发射N掺杂碳点具有优异的光稳定性和生物相容性，可用于温度检测和细胞中Fe

为实现上述目的本发明提供的技术方案为：

一种激发可调双发射N掺杂碳点的制备方法，包括如下步骤：

(1)按质量1：4：500～1400将对苯二胺和5-氨基水杨酸加入去离子水中，制得混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，进行水热反应；

(3)将步骤(2)得到的产物离心除去不溶物得到澄清的橙色溶液，用透析袋透析除去杂质，得到激发可调双发射N掺杂碳点溶液；

(4)将步骤(3)得到的激发可调双发射N掺杂碳点溶液冷冻干燥后得到目标激发可调双发射N掺杂碳点。

所述步骤(1)中对苯二胺、5-氨基水杨酸与去离子水按质量比为1：4：600～1400

所述步骤(2)中水热反应的温度为180～220℃，时间为1～5h。

所述步骤(3)中的透析是用截留分子量为500～1000Da的透析袋透析12～24h。

本发明方法制备的激发可调双发射N掺杂碳点可用于温度检测和细胞中Fe

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)制得的激发可调双发射N掺杂碳点在不同的激发波长下具有良好的绿色和橙色发光性能，可以将其用于生物标记、细胞成像。

(2)制得的激发可调双发射N掺杂碳点稳定性强、毒副作用小、水溶性好。

(3)制得的激发可调双发射N掺杂碳点可以用作温度检测和细胞中Fe

附图说明

图1为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液分别在日光灯和波长为350nm、550nm激发下的照片

图2为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点的透射电镜图和尺寸分布图

图3为实施例1中制备的激发可调双发射N掺杂碳点的红外光谱图

图4为实施例1中制备的激发可调双发射N掺杂碳点的X射线光电子能谱图

图5为实施例1中制备的激发可调双发射N掺杂碳点的紫外吸收光谱及荧光激发光谱图

图6为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点在不同激发波长下的荧光发射光谱图

图7为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液在350nm激发下随温度变化的荧光发射光谱图

图8为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液在550nm激发下随温度变化的荧光发射光谱图

图9为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液在350nm激发下对Fe

图10为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液在350nm激发下随Fe

图11为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液在550nm激发下对Fe

图12为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液在550nm激发下随Fe

图13为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点标记的HeLa细胞在加Fe

图14为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点标记的HeLa细胞在加Fe

图15为实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点靶向溶酶体的激光共聚焦图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

激发可调双发射N掺杂碳点的制备：

(1)将0.03g对苯二胺和0.12g 5-氨基水杨酸加入20mL去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在200℃下水热反应3h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心20min除去不溶物得到澄清的橙色溶液，用截留分子量为500～1000Da的透析袋透析24h，得到激发可调双发射N掺杂碳点溶液；

(4)将(3)得到的激发可调双发射N掺杂碳点溶液冷冻干燥后得到目标激发可调双发射N掺杂碳点。

制备的激发可调双发射N掺杂碳点溶液分别在日光灯和波长为350nm、550nm激发下的照片见图1，其中图a为日光灯照射下的图片，颜色为橙色,图b为波长为350nm激发下的图片，颜色为绿色，图c为波长为550nm激发下的图片，颜色为橙色。

制备的激发可调双发射N掺杂碳点的透射电镜图和尺寸分布图见图2。

制备的激发可调双发射N掺杂碳点的红外光谱图见图3。

制备的激发可调双发射N掺杂碳点的X射线光电子能谱图见图4。

制备的激发可调双发射N掺杂碳点的紫外吸收光谱及荧光激发光谱图见图5。

制备的激发可调双发射N掺杂碳点在不同激发波长下的荧光发射光谱图见图6，其中1～8分别是波长为330nm、350nm、370nm、390nm、530nm、540nm、550nm和560nm激发下的荧光光谱图。

实施例2

激发可调双发射N掺杂碳点的制备：

(1)将0.03g对苯二胺和0.12g 5-氨基水杨酸加入25mL去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在180℃下水热反应3h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心20min除去不溶物得到澄清的橙色溶液，用截留分子量为500～1000Da的透析袋透析24h，得到激发可调双发射N掺杂碳点溶液；

实施例3

激发可调双发射N掺杂碳点的制备：

(1)将0.03g对苯二胺和0.12g 5-氨基水杨酸加入30mL去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在220℃下水热反应3h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心20min除去不溶物得到澄清的橙色溶液，用截留分子量为500～1000Da的透析袋透析24h，得到激发可调双发射N掺杂碳点溶液。

实施例4

激发可调双发射N掺杂碳点的制备：

(1)将0.03g对苯二胺和0.12g 5-氨基水杨酸加入35mL去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在200℃下水热反应2h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心20min除去不溶物得到澄清的橙色溶液，用截留分子量为500～1000Da的透析袋透析24h，得到激发可调双发射N掺杂碳点溶液。

实施例5

激发可调双发射N掺杂碳点的制备：

(1)将0.03g对苯二胺和0.12g 5-氨基水杨酸加入40mL去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在200℃下水热反应4h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心20min除去不溶物得到澄清的橙色溶液，用截留分子量为500～1000Da的透析袋透析24h，得到激发可调双发射N掺杂碳点溶液。

实施例6

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点检测温度的实验：

分别将0.085mg实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点碳点溶解到1mLTris-HCl缓冲液中，固定激发波长为350nm，在20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃和90℃下进行荧光光谱检测，根据荧光强度的变化，进而达到对温度的检测。

激发可调双发射N掺杂碳点随温度变化的荧光发射光谱图见图7，其中：1～15分别为温度20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃和90℃时的荧光发射光谱图。从图中可以看出荧光强度随着温度的增加而降低。

实施例7

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点检测温度的实验：

分别将0.085mg实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点碳点溶解到1mLTris-HCl缓冲液中，固定激发波长为550nm，在20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃和90℃下进行荧光光谱检测，根据荧光强度的变化，进而达到对温度的检测。

激发可调双发射N掺杂碳点随温度变化的荧光发射光谱图见图8，其中：1～15分别为温度20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃和90℃时的荧光发射光谱图。从图中可以看出荧光强度随着温度的增加而降低。

实施例8

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点对Fe

用pH＝7.2的0.01mol·L

激发可调双发射N掺杂碳点对Fe

实施例9

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点作为Fe

用pH＝7.2的0.01mol·L

激发可调双发射N掺杂碳点溶液随Fe

实施例10

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点对Fe

用pH＝7.2的0.01mol·L

激发可调双发射N掺杂碳点对Fe

实施例11

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点作为Fe

用pH＝7.2的0.01mol·L

激发可调双发射N掺杂碳点溶液随Fe

实施例12

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点对活细胞中Fe

将实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点加入到pH 7.2的Tris-HCl缓冲液中(碳点的浓度为0.34mg/mL)用于孵育HeLa细胞30min。

激发可调双发射N掺杂碳点标记的HeLa细胞在加Fe

实施例13

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点对活细胞中Fe

将实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点加入到pH 7.2的Tris-HCl缓冲液中(碳点的浓度为0.34mg/mL)用于孵育HeLa细胞30min。

激发可调双发射N掺杂碳点标记的HeLa细胞在加Fe

实施例14

实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点靶向溶酶体的实验：

将实施例1制备的激发可调双发射N掺杂碳点和溶酶体染料(Lyso TrackerGreen)用于孵育HeLa细胞。

激发可调双发射N掺杂碳点和溶酶体染料共标记HeLa细胞的激光共聚焦图如图15所示，图中：a为绿色通道的激光共聚焦图；b为橙色通道的激光共聚焦图；c为绿色通道和橙色通道的激光共聚焦叠加图；d为激发可调双发射N掺杂碳点和溶酶体染料的荧光强度相关图。从图中可以看出，激发可调双发射N掺杂碳点的橙色荧光和溶酶体染料的绿色荧光重叠良好，共定位相关系数为0.88。这表明激发可调双发射N掺杂碳点对溶酶体具有良好的靶向作用。