一种激发可调双发射N掺杂碳点及其制备方法和应用
文献发布时间:2023-06-19 11:37:30
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。
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