：本發(fā)明涉及一種光/溫度雙響應(yīng)的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒，涉及其制備方法和用途。技術(shù)背景：熒光碳納米顆粒是一種新型的碳納米材料，它的發(fā)光性質(zhì)和金屬量子點、半導(dǎo)體量子點類似，具有發(fā)光性質(zhì)更加穩(wěn)定，低毒性，良好的生物相容性。有些熒光碳納米顆粒還有上轉(zhuǎn)換功能，所以熒光碳納米顆粒在生物傳感、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。碳納米顆粒的制備方法有電化學(xué)法、燃燒法、水熱法、酸氧化法、微波法、電弧放電法、激光刻蝕法等。由于水熱法、酸氧化法、微波法制備的熒光碳納米顆粒表面有大量的羥基，可以在表面修飾鏈轉(zhuǎn)移劑，通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合來改性熒光碳納米顆粒。在近年來出現(xiàn)的用表面引發(fā)聚合的方法來改性熒光碳納米顆粒中，光信息存儲材料用來改性熒光碳納米顆粒研究的較多。有機光致變色材料在光信息存儲中具有較好的潛在應(yīng)用價值。目前，對光致變色的研究大都集中在螺吡喃、螺噁嗪、二芳基乙烯、俘精酸酐、偶氮類以及相關(guān)雜環(huán)化合物上。已經(jīng)有利用光致異構(gòu)結(jié)構(gòu)單元對熒光碳納米顆粒進行結(jié)構(gòu)修飾，但是所制備的熒光開關(guān)納米粒子雖然有很好的光調(diào)控性，但是只能溶于有些有機溶劑例如四氫呋喃，這樣極大的限制了它的應(yīng)用范圍。因此，為了擴大納米粒子在生物標記上的應(yīng)用，本發(fā)明提供了一種光/溫度雙響應(yīng)的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒，通過引入水溶性聚N-異丙基丙烯酰胺與光致異構(gòu)結(jié)構(gòu)單元共聚物，使得所制備的熒光碳納米顆粒接枝聚合物不僅有良好的水溶性，而且具有光和溫度的響應(yīng)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種光/溫度雙響應(yīng)的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒，為在熒光碳納米顆粒表面接枝水溶性N-異丙基丙烯酰胺與光致異構(gòu)結(jié)構(gòu)單元的共聚物，其結(jié)構(gòu)如式(I)所示：在(I)中，f-CNP表示通過水熱法制備的被接枝的熒光碳納米顆粒；所述用于表面接枝的聚合物為光致異構(gòu)分子與N-異丙基丙烯酰胺的共聚物；所述碳納米顆粒表面接枝共聚物的接枝密度為3-10條共聚物鏈，接枝長度為每條鏈含50-800個結(jié)構(gòu)單元，其中x的范圍為0.9-0.98，表示所述光致異構(gòu)分子與N-異丙基丙烯酰胺單體單元的接枝比例為1:9-1:49。其中所述光致異構(gòu)分子為N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃。將根據(jù)本發(fā)明的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒通過核磁、紅外與熒光分光光譜儀進行表征，在1HNMR中，3.35ppm顯示的是-CH2-S-中H的特征峰，而4.0ppm則代表的是N-異丙基丙烯酰胺上-CH-中H的特征峰，8.0ppm則是N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃中與硝基相鄰的苯環(huán)上的H的特征峰。在FTIR中，1340cm-1處的峰是N-異丙基丙烯酰胺上–NO2特征峰，1264,1160and1090cm-1處的峰則是N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃中C–O–C特征吸峰。該納米顆粒具有熒光開關(guān)行為，這可以通過熒光分光光譜儀進行表征。在紫外與可見光的照射下，所述上轉(zhuǎn)換納米顆粒的熒光可以在紅光與藍綠光之間進行開關(guān)。就是說，在紫外光照射后，420nm波長的光激發(fā)時，該納米顆粒發(fā)紅光(熒光發(fā)射波長范圍為600-700nm)；而在可見光照射后，420nm波長的光激發(fā)時，紅色熒光關(guān)閉，綠色熒光(熒光發(fā)射波長范圍為450-600nm)開啟。該納米顆粒具有溫度響應(yīng)行為，當溫度由低溫升高時，溶液逐漸變得渾濁，升至32℃后溶液變得完全渾濁。本發(fā)明進一步涉及根據(jù)本發(fā)明的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：(1)稱取適量熒光碳納米顆粒，用二氯甲烷溶解，配制成濃度為0.5-10mg/mL的熒光碳顆粒溶液；(2)稱取鏈轉(zhuǎn)移劑、二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶，加入到上述碳顆粒溶液中，攪拌，使混合物在室溫下反應(yīng)7天；(3)7天后，把(2)中反應(yīng)物過濾，再將濾液旋轉(zhuǎn)蒸干，所得到的固體溶解于適量的無水乙醇溶液中，將得到的溶液置于截留分子量為100-500D的透析袋中，在無水乙醇中透析48h,透析完畢后，將所得到的液體旋轉(zhuǎn)蒸干，得到接枝了鏈轉(zhuǎn)移劑而功能化的碳顆粒(也可稱為熒光碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑)；(4)稱取步驟(3)中得到的熒光碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑、光致異構(gòu)分子與N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑，置于燒瓶中，用無水乙醇溶解，在保護氣體存在下，在55-90℃和無水無氧的條件下將(4)中溶液反應(yīng)5-30h；(5)反應(yīng)完成后，將溶液旋干，得到固體，然后將所得固體物溶解于四氫呋喃溶劑；并將所得溶液滴入大量的正己烷中得沉淀物，將沉淀物反復(fù)純化三次，最后將純化的產(chǎn)品干燥，即得到一種光和溫度雙響應(yīng)的熒光碳納米顆粒接枝聚合物。在步驟(2)中，所述鏈轉(zhuǎn)移劑、二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶三者的摩爾比為1∶1∶0.1。在步驟(4)中，熒光碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑用量為0.1-0.5重量份，光致異構(gòu)分子用量為10-50重量份，N-異丙基丙烯酰胺用量為100-300重量份，引發(fā)劑用量為0.1-2重量份。例如，熒光碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑用量為0.1-0.5mg，光致異構(gòu)分子與N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑三者投料質(zhì)量分別為10-50mg、100-300mg和0.1-2mg。根據(jù)本發(fā)明的方法得到的光/溫度雙響應(yīng)的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒為前述結(jié)構(gòu)式(I)所示的納米顆粒。在所述方法中，所述熒光碳納米顆粒為水熱法碳化葡萄糖、纖維素、殼聚糖、EDTA.2Na、EDTA以及明膠制備的熒光碳納米顆粒。所述熒光碳納米顆粒優(yōu)選為水熱法碳化EDTA.2Na制備的熒光碳納米顆粒。所述鏈轉(zhuǎn)移劑有S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯和S,S′-對(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯。優(yōu)選為S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯。所述光致異構(gòu)分子為N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃。所述引發(fā)劑有偶氮二異丁腈，過氧化苯甲酰。優(yōu)選偶氮二異丁腈。所用的保護氣體有氮氣、氬氣。優(yōu)選氮氣。反應(yīng)溫度范圍為55-90℃，優(yōu)選反應(yīng)溫度為70℃。反應(yīng)時間為10-36h，優(yōu)選20h。根據(jù)本發(fā)明，在步驟(4)中，所述光致異構(gòu)分子與N-異丙基丙烯酰胺的投料摩爾比為1:5-1:70，最佳投料摩爾比為1:27。本發(fā)明進一步涉及根據(jù)本發(fā)明的共聚物修飾的光/溫度雙響應(yīng)性的熒光碳納米顆粒的用途。由于所述熒光碳納米顆粒的水溶液有光/溫度雙響應(yīng)性，因此，根據(jù)本發(fā)明的共聚物修飾的熒光碳納米顆?？捎脩?yīng)于生物標記等領(lǐng)域。利用本發(fā)明的光/溫度雙響應(yīng)共聚物修飾的熒光碳納米顆粒的光/溫響應(yīng)傳感器與其它光或溫度響應(yīng)傳感器相比具有如下優(yōu)勢：(1)具有良好的水溶性；(2)基本上對生物組織和細胞沒有毒性；(3)靈敏度高；(4)較好的抗干擾性。在本文中，所用術(shù)語“共聚物修飾的熒光碳納米顆?！敝傅氖潜砻娼又簿畚锏臒晒馓技{米顆粒。附圖說明圖1為實施例3制備的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒的核磁圖譜；其中3.35ppm顯示的是-CH2-S-中H的特征峰，而4.0ppm則代表的是N-異丙基丙烯酰胺上-CH-中H的特征峰，8.0ppm則是N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃中與硝基相鄰的苯環(huán)上的H的特征峰。圖2為實施例3制備的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒的熒光圖譜；其中1340cm-1處的峰是N-異丙基丙烯酰胺上–NO2特征峰，1264,1160and1090cm-1處的峰則是N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃中C–O–C特征吸峰。圖3為實施例3制備的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒水溶液的溫度響應(yīng)性圖，由圖可以看出當溫度由低溫升高時，溶液逐漸變得渾濁，升至32℃后溶液變得完全渾濁。圖4a和4b為實施例1制備的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒光響應(yīng)性熒光圖譜。圖5a和5b為實施例2制備的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒光響應(yīng)性熒光圖譜。圖6a和6b為實施例3制備的共聚物修飾的熒光碳納米顆粒光響應(yīng)性熒光圖譜。具體實施方式下面結(jié)合非限制性的具體實施例進一步示例性地詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明實施例中所使用的試劑除熒光碳納米顆粒(根據(jù)LiaoB.et.al.,Carbon,2014,73,155–162所述制備)與N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃(根據(jù)Shiraishi,Y.,Miyamoto,R.,&Hirai,T.,Org.Lett.,2009；11,1571所述制備)是參照文獻合成外，其余均可市購得到。S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯、N-異丙基丙烯酰胺、二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和偶氮二異丁腈(AIBN)購買于西格瑪奧德里奇(Sigma-aldrich)。實施例1：稱取熒光碳納米顆粒100mg，用20mL二氯甲烷溶解，配制成5mg/mL的熒光碳納米顆粒溶液；然后，稱取50mg鏈轉(zhuǎn)移劑S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯、50mg二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)和5mg的4-二甲氨基吡啶(DMAP)，加入熒光碳納米顆粒溶液中。室溫下反應(yīng)7天，7天后將反應(yīng)物過濾，旋干，得到固體物，用乙醇溶解所得固體物，將溶解的乙醇溶液置于截留分子量為100-500D的透析袋中，在乙醇中透析48h后，將透析袋中的乙醇溶液旋干，即得碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取接S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯的熒光碳納米顆粒15mg，N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃30mg，N-異丙基丙烯酰胺900mg，偶氮二異丁腈1mg，溶解于無水乙醇中，通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)18h反應(yīng)溫度為60℃。之后將反應(yīng)物蒸干得到固體，將固體溶解于四氫呋喃中，用大量的正己烷提純，將純化的產(chǎn)品干燥，即得到一種光和溫度響應(yīng)的熒光碳納米顆粒接枝聚合物。圖4為本實施例制備的熒光碳納米顆粒接枝聚合物光響應(yīng)性熒光圖譜，其中圖4a為SP狀態(tài)下照射不同時間的365nm的紫外光的熒光圖譜，圖4b為在MC狀態(tài)下照射不同時間的525nm光的熒光譜圖，激發(fā)波長420nm。實施例2：稱取熒光碳納米顆粒100mg，用20mL二氯甲烷溶解，配制成5mg/mL的熒光碳納米顆粒溶液；然后，稱取50mg鏈轉(zhuǎn)移劑S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯、50mg二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)和5mg的4-二甲氨基吡啶(DMAP)，加入熒光碳納米顆粒溶液中。室溫下反應(yīng)7天，7天后將反應(yīng)物過濾，旋干，得到固體物，用乙醇溶解所得固體物，將溶解的乙醇溶液置于截留分子量為100-500D的透析袋中，在乙醇中透析48h后，將透析袋中的乙醇溶液旋干，即得碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取接S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯的熒光碳納米顆粒15mg，N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃60mg，N-異丙基丙烯酰胺900mg，偶氮二異丁腈1mg，溶解于無水乙醇中，通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)20h。之后將反應(yīng)物蒸干得到固體，將固體溶解于四氫呋喃中，用大量的正己烷提純，將純化的產(chǎn)品干燥，即得到一種光和溫度響應(yīng)的熒光碳納米顆粒接枝聚合物。圖5為本實施例制備的熒光碳納米顆粒接枝聚合物水溶液的光響應(yīng)性熒光圖譜，其中圖5a為SP狀態(tài)下照射不同時間的365nm的紫外光的熒光圖譜；圖5b為在MC狀態(tài)下照射不同時間的525nm光的熒光譜圖，激發(fā)波長420nm。實施例3：稱取熒光碳納米顆粒100mg，用20mL二氯甲烷溶解，配制成5mg/mL的熒光碳納米顆粒溶液；然后，稱取50mg鏈轉(zhuǎn)移劑S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯、50mg二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)和5mg的4-二甲氨基吡啶(DMAP)，加入熒光碳納米顆粒溶液中。室溫下反應(yīng)7天，7天后將反應(yīng)物過濾，旋干，得到固體物，用乙醇溶解所得固體物，將溶解的乙醇溶液置于截留分子量為100-500D的透析袋中，在乙醇中透析48h后，將透析袋中的乙醇溶液旋干，即得碳顆粒鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取接S-1-十二烷基-S′-(α,α′-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯的熒光碳納米顆粒15mg，N-丙烯酰氧乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚螺吡喃120mg，N-異丙基丙烯酰胺900mg，偶氮二異丁腈1mg，溶解于無水乙醇中，通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)20h。之后將反應(yīng)物蒸干得到固體，將固體溶解于四氫呋喃中，用大量的正己烷提純，將純化的產(chǎn)品干燥，即得到一種光和溫度響應(yīng)的熒光碳納米顆粒接枝聚合物。圖6為本實施例制備的熒光碳納米顆粒接枝聚合物光響應(yīng)性熒光圖譜，其中圖6a為SP狀態(tài)下照射不同時間的365nm的紫外光的熒光圖譜；圖6b為在MC狀態(tài)下照射不同時間的525nm光的熒光譜圖，激發(fā)波長420nm。