一種綠色螢光碳點的製備方法及在細胞成像方面的應用的製作方法
2023-08-06 15:40:21
一種綠色螢光碳點的製備方法及在細胞成像方面的應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種綠色螢光碳點的製備方法及在細胞成像方面的應用，屬於螢光納米材料的製備和應用領域。本發明具體的製備步驟如下：(1)將花瓣粉末加入去離子水中，製得混合液；(2)將(1)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，進行水熱反應；(3)將(2)得到的產物經過離心、透析，最終得到綠色螢光碳點溶液。本發明將植物花瓣作為碳源，原料廣泛易得，製備方法簡單，成本低；而且製得的綠色螢光碳點水溶性好、穩定性強，可直接用於細胞成像等。
【專利說明】一種綠色螢光碳點的製備方法及在細胞成像方面的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及螢光納米材料的製備，具體屬於一種綠色螢光碳點的製備方法及在細胞成像方面的應用。
【背景技術】
[0002]碳納米點，也稱為碳點，是一類尺寸小於1nm的新型碳納米材料,於2004年通過電泳法淨化單層碳納米管時首次發現。由於其穩定性強、毒性小、水溶性好、成本低和原材料豐富等優點，碳點逐漸成為碳納米材料家族中的一顆新星，並廣泛應用於生物成像、螢光列印、傳感等研究領域。
[0003]目前，大多數合成的螢光碳點在紫外光激發下發射藍光。在生物成像方面，綠色螢光碳點更有吸引力，這是由於生物的自體螢光一般為藍色，將綠色螢光碳點用於生物標記，則會避免生物自體螢光的幹擾。
[0004]現有的綠色螢光碳點的製備方法分為「自上而下」和「自下而上」兩類。
[0005]文獻(Doped Carbon Nanoparticles as a New Platform for HighlyPhotoluminescent Dots,Yaping Sun,Xin Wang, Fushen Lu，Li Cao，MohammedJ.Mezianij Pengju G.Luoj Lingrong Gu，and L.Monica Vecaj J.Phys.Chem.C, 2008, 112，18295 - 18298)，利用雷射燒蝕法製得碳納米顆粒，並在碳核上摻雜氧化鋅或硫化鋅，從而得到綠色突光碳點；文獻(Graphitized carbon dots emittingstrong green photoluminescence, Yun Liu, Chunyan Liu, and Zhiying Zhang, J.Mater.Chem.C, 2013, I, 4902 - 4907)，利用乙二醇在濃硫酸作用下，通過一步微波法合成具有綠色突光的石墨烯量子點；文獻(Water-soluble and phosphorus-containingcarbon dots with strong green fluorescence for cell labeling,WeiWang, Yongmao Li,Lu Cheng, Zhiqiang Cao, and Wenguang Liu, J.Mater.Chem.B，2014，2，46 - 48)，利用植酸和乙二胺通過微波法合成綠色螢光碳點；文獻(One-st印microwave-assisted polyol synthesis of green luminescent carbon dots as opticalnanoprobes, Yi Liu, Ning Xiao, Ningqiang Gong, Hao Wang, Xin Shi, Wei Gu, and LingYe, Carbon, 2014，68，258 - 264)，以糖類為碳源，以二甘醇為反應介質，通過一步微波法合成綠色突光碳點° 文獻(Fast, energy-efficient synthesis of luminescent carbonquantum dots, Yongsheng Li, Xiaoxia Zhong, Amanda E.Rider, Scott A.Furmand, andKostya (Ken) Ostrikov, Green Chem., 2014, 16, 2566 - 2570)，利用糖類和喊合成綠色突光碳點。自上而下的合成方法實驗條件苛刻，製備方法複雜；自下而上的合成方法大多使用了化學試劑，對環境具有一定的危害。
[0006]因此，研究簡單、綠色的綠色螢光碳點的製備方法，對於螢光納米材料在生物成像、螢光列印、傳感等方面的應用有重要的意義。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於針對現有技術存在的缺陷，提供一種製備綠色螢光碳點的方法。
[0008]本發明的另一目的在於將所製備的綠色螢光碳點應用於細胞成像。
[0009]為實現上述目的，本發明提供的一種製備綠色螢光碳點的方法，是以花瓣為碳源，去離子水為溶劑，通過一步水熱法製得。
[0010]進一步，本發明提供的一種製備綠色螢光碳點的方法，包括如下步驟:
[0011](I)將花瓣粉末加入去離子水中，製得混合液；
[0012](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，進行水熱反應；
[0013](3)將⑵得到的產物經過離心、透析，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0014]步驟⑴中所述的花瓣粉末與去離子水按質量比1:10?100混合。
[0015]步驟⑵中所述的水熱反應的溫度為150?300°C，持續2?4h。
[0016]步驟(3)中所述的離心是以4000r/min轉速離心1min,所述的透析是用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h。
[0017]所述的花瓣粉末，是將新鮮花瓣烘乾研磨成粉末狀。所述的花瓣是各種植物的花瓣。
[0018]上述方法製備的綠色螢光碳點具有良好的綠色發光性能，可在細胞成像方面應用。
[0019]本發明的優點在於:
[0020](I)以花瓣為碳源，原料廣泛易得，綠色環保，製備方法簡單，成本低廉；
[0021](2)製得的綠色螢光碳點具有良好的綠色發光性能，將其用於生物標記，可以避免生物自體螢光的幹擾。
[0022](3)製得的綠色螢光碳點穩定性強、毒副作用小、水溶性好，在生物成像、螢光列印、傳感等領域有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例1製備的綠色螢光碳點溶液分別在日光燈和波長為365nm紫外燈照射下的照片
[0024]圖2為本發明實施例1製備的綠色螢光碳點在透射電子顯微鏡(TEM)下的照片
[0025]圖3為本發明實施例1製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0026]圖4為本發明實施例2製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0027]圖5為本發明實施例3製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0028]圖6為本發明實施例4製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0029]圖7為本發明實施例5製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0030]圖8為本發明實施例6製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0031]圖9為本發明實施例7製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0032]圖10為本發明實施例8製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0033]圖11為本發明實施例9製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖
[0034]圖12為本發明實施例10中pH值對綠色螢光碳點的螢光強度的影響
[0035]圖13為本發明實施例11中金屬離子對綠色螢光碳點的螢光強度的影響
[0036]圖14為本發明實施例12中綠色螢光碳點在人子宮頸鱗狀細胞癌細胞(A193)中的螢光成像(1:細胞明場照片，2:碳點標記細胞螢光成像(激發波長為488nm)，3:明場和螢光像疊加照片)
【具體實施方式】
[0037]本發明是以花瓣為碳源，以去離子水為溶劑，通過一步水熱法製備綠色螢光碳點並將其應用於細胞成像方面。下面通過實施例對本發明作進一步說明。
[0038]實施例1
[0039]以百合花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0040](I)將0.5g百合花瓣粉末加入20mL去離子水中，製得混合液；
[0041](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在200°C下水熱反應3h ；
[0042](3)將⑵得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心lOmin，再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0043]製備的綠色螢光碳點溶液分別在日光燈和波長為365nm紫外燈照射下的照片見圖1，其中I為綠色螢光碳點溶液在日光燈照射下的圖片，顏色為棕色，2為波長為365nm紫外燈照射下的圖片，顏色為綠色。
[0044]製備的綠色螢光碳點在透射電子顯微鏡(TEM)下的照片見圖2。
[0045]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖3，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0046]實施例2
[0047]以月季花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0048](I)將0.5g月季花瓣粉末加入20mL去離子水中，製得混合液；
[0049](2)將⑴得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在250°C下水熱反應2h ；
[0050](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0051]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖4，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0052]實施例3
[0053]以槐花花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0054](I)將0.5g槐花花瓣粉末加入30mL去離子水中，製得混合液；
[0055](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在200°C下水熱反應3h ；
[0056](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0057]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖5，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0058]實施例4
[0059]以映山紅花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0060](I)將0.5g映山紅花瓣粉末加入40mL去離子水中，製得混合液；
[0061](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在250°C下水熱反應3h ；
[0062](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心lOmin，再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0063]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖6，其中I?5分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm和440nm激發下的螢光光譜圖。
[0064]實施例5
[0065]以龍牙花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0066](I)將0.5g龍牙花瓣粉末加入50mL去離子水中，製得混合液；
[0067](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在300°C下水熱反應2h ；
[0068](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0069]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖7，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0070]實施例6
[0071]以白玉蘭花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0072](I)將0.5g白玉蘭花瓣粉末加入20mL去離子水中，製得混合液；
[0073](2)將⑴得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在250°C下水熱反應3h ；
[0074](3)將⑵得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0075]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖8，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0076]實施例7
[0077]以黃刺梅花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0078](I)將0.5g黃刺梅花瓣粉末加入30mL去離子水中，製得混合液；
[0079](2)將⑴得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在250°C下水熱反應2h ；
[0080](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0081]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖9，其中I?6分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm和450nm激發下的突光光譜圖。
[0082]實施例8
[0083]以蜀葵花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0084](I)將0.5g蜀葵花瓣粉末加入40mL去離子水中，製得混合液；
[0085](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在300°C下水熱反應3h ；
[0086](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心1min,再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0087]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖10，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0088]實施例9
[0089]以牽牛花花瓣為碳源的綠色螢光碳點的製備:
[0090](I)將0.5g牽牛花花瓣粉末加入50mL去離子水中，製得混合液；
[0091](2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，在250°C下水熱反應4h ；
[0092](3)將(2)得到的產物用離心機以4000r/min轉速離心lOmin，再用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h，最終得到綠色螢光碳點溶液。
[0093]製備的綠色螢光碳點在不同激發波長下的螢光發射光譜圖見圖11，其中I?7分別是激發波長為400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm和460nm激發下的突光光譜圖。
[0094]實施例10
[0095]pH值對實施例1製備的綠色螢光碳點的螢光強度的影響實驗:
[0096]分別將0.2mL實施例1製備的綠色螢光碳點溶液加入到2mL不同pH值的磷酸緩衝溶液中，固定激發波長為440nm，在20°C下進行螢光光譜檢測，根據520nm處的螢光強度，檢測PH值對綠色螢光碳點的螢光強度的影響。
[0097]pH值對綠色螢光碳點的螢光強度的影響見圖12:在440nm激發下，綠色螢光碳點在pH為3-10的範圍內，螢光峰強度基本保持不變，說明本發明製備的綠色螢光碳點可以應用於各種酸鹼體系。
[0098]實施例11
[0099]金屬離子對實施例1製備的綠色螢光碳點的螢光強度的影響實驗:
[0100]用PH = 5 的 0.0lmol.Γ1 的磷酸緩衝液和 AgNO3' Al (NO3)3' Ba (NO3) 2、Bi (NO3)2'Ca(NO3)2' Cd(NO3)2' Co (NO3)2' Cu(NO3)2' Fe (NO3)2' Fe (NO3) 3、Hg(NO3)2' K(NO3)2' Mg(NO3)2'Mn (NO3) 2、NaN03、Ni (NO3) 2、Pb (NO3) 2、Zn (NO3) 2 分別配製金屬離子濃度為 300 μ mo I.Γ1 的溶液，分別將0.2mL實施例1製備的綠色螢光碳點溶液加入到2mL上述含不同金屬離子的溶液中，固定激發波長為440nm，在20°C下進行螢光光譜檢測，根據520nm處的螢光強度，檢測金屬離子對綠色螢光碳點的螢光強度的影響。
[0101]金屬離子對綠色螢光碳點的螢光強度的影響見圖13:在440nm激發下，F與Ftl的比值基本不變(F和Ftl分別代表加入金屬離子和未加金屬離子的螢光強度值)，說明本發明製備的綠色螢光碳點具有良好的抗金屬離子幹擾性。
[0102]實施例12
[0103]實施例1製備的綠色螢光碳點在細胞成像方面的應用實驗:
[0104](I)將人子宮頸鱗狀細胞癌細胞(A193)接種於6孔板中，每孔加入封閉液，將其放入溼盒中，再放入37°C、5% CO2培養箱中孵育30min ；
[0105](2)取出6孔板，先用0.0lmol.Γ1的磷酸緩衝液洗去封閉液，再用濾紙將孔板周圍液體吸乾；
[0106](3)將實施例1製備的綠色螢光碳點加入6孔板中，在37°C、5% CO2培養箱中共孵育30min ；
[0107](4)用0.0lmol.Γ1的磷酸緩衝液洗滌，然後置於螢光顯微鏡下觀察碳點與細胞標記情況。
[0108]綠色螢光碳點標記人子宮頸鱗狀細胞癌細胞(A193)的螢光顯微鏡圖見圖14(1:細胞明場照片，2:碳點標記細胞螢光成像(激發波長為488nm)，3:明場和螢光像疊加照片):在螢光顯微鏡下觀察細胞標記情況，可以看到細胞呈現出明亮的綠色螢光，說明本發明製備的綠色螢光碳點在細胞成像方面具有良好的應用。
【權利要求】
1.一種綠色螢光碳點的製備方法，其特徵在於，綠色螢光碳點是以花瓣為碳源，去離子水為溶劑，通過一步水熱法製得。
2.如權利要求1所述的一種綠色螢光碳點的製備方法，其主要步驟為: (1)將花瓣粉末加入去離子水中，製得混合液； (2)將(I)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，進行水熱反應； (3)將(2)得到的產物經過離心、透析，最終得到綠色螢光碳點溶液。
3.如權利要求2所述的一種綠色螢光碳點的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中所述的花瓣粉末與去離子水按質量比1:10?100混合。
4.如權利要求2所述的一種綠色螢光碳點的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中所述水熱反應的溫度為150?300°C，持續2?4h。
5.如權利要求2所述的一種綠色螢光碳點的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中所述的離心是以4000r/min轉速離心lOmin。
6.如權利要求2所述的一種綠色螢光碳點的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中所述的透析是用截留分子量為500?100Da的透析袋透析48h。
7.如權利要求2-6任一權利要求所述方法製備的綠色螢光碳點。
8.如權利要求7所述的綠色螢光碳點在細胞成像方面的應用。
【文檔編號】G01N21/64GK104403664SQ201410623730
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】石利紅, 李豔豔, 李曉峰, 溫香平, 雙少敏 申請人:山西大學