煅燒合成石墨烯碳量子點的方法
【專利摘要】煅燒合成石墨烯碳量子點的方法，步驟1：將富勒烯（C60）與氫氧化鈉（NaOH）按質(zhì)量比放入瑪瑙研缽中研細混勻；步驟2:按將以上反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)移至潔凈的坩堝中，于馬弗爐中煅燒小時；步驟3：待反應(yīng)完成后，取出冷卻至室溫，再加入超純水溶解所得固體，然后離心去除大顆粒的未反應(yīng)物質(zhì)；步驟4：用透析袋對離心所得上清液進行對水透析至pH為中性；步驟5：將透析后的溶液通過冷凍干燥處理得到棕黃色粉末，即得到該石墨烯碳量子點。本發(fā)明利用煅燒合成的方法，方法簡單，不需要后續(xù)的修飾步驟。
【專利說明】煅燒合成石墨烯碳量子點的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]富勒烯(C6tl)，自1985年被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)被成功應(yīng)用于光電器件、有機光電池、生物技術(shù)等。但是，富勒烯的熒光很弱，文獻報道在620-900 nm的范圍內(nèi)其熒光量子產(chǎn)率僅為10_4。并且富勒烯溶解性差的問題也進ー步限制了它在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用。雖然已有相關(guān)報道以富勒烯為碳源合成石墨烯碳量子點，但是其合成過程特殊，需要昂貴的儀器，或者量子產(chǎn)率較低(小于1%)，因此不能被廣泛的應(yīng)用。
[0003]針對以上問題，通過簡單方法制備可用于細胞內(nèi)鐵離子檢測的新型石墨烯碳量子點是有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)在通過富勒烯合成石墨烯碳點量子產(chǎn)率較低的缺點，本發(fā)明的目的是通過簡單的煅燒法一歩法合成可用于細胞內(nèi)鐵離子檢測的新型石墨烯碳量子點，該方法操作簡單，合成步驟僅有一歩，且不需要復(fù)雜后處理。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
煅燒合成石墨烯碳量子點的方法，步驟如下:
步驟1:將富勒烯(C6tl)與氫 氧化鈉(NaOH)放入瑪瑙研缽中研細混勻；所述富勒烯(C6tl)與氫氧化鈉(NaOH)按質(zhì)量比1:24至1:26。
[0006]步驟2:將以上反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)移至潔凈的坩堝中，采用25 mL的坩堝，在馬弗爐中煅燒；所述煅燒溫度為350±15°C,煅燒時間為4±0.1小時。
[0007]步驟3:待反應(yīng)完成后，取出所得固體冷卻至室溫，再加入超純水溶解所得固體，然后離心,取上清液待用；
步驟4:用透析袋對離心所得上清液進行對水透析至pH為中性；離心速度為12000轉(zhuǎn)毎分鐘。所述透析袋的截留分子量為1000。
[0008]步驟5:將透析后的溶液通過冷凍干燥處理得到棕黃色粉末，即得到石墨烯碳量子點。
[0009]所述石墨烯碳量子點呈單分散的均勻球體，粒徑大小為2-3 nm,晶柵距離為0.24nm ;所述石墨烯碳量子點高度為2.5±1.5 nm，表面含有羧基和羥基，最大激發(fā)波長為290nm，最大發(fā)射波長為400 nm，且發(fā)射波長隨激發(fā)波長的紅移而紅移，其量子產(chǎn)率約為4.8% ；所述石墨烯碳量子點具有良好的生物相容性，并且其熒光可以被鐵離子猝滅，具有在細胞內(nèi)檢測鐵離子的效果。
[0010]本發(fā)明利用煅燒合成的方法，簡單易得地合成了石墨烯碳量子點，并且不需要后續(xù)的修飾步驟。該碳點的粒徑大約為2-3 nm，量子產(chǎn)率可以達到4.8 %。
[0011]可以預(yù)測，該獨特的性質(zhì)可能在能量轉(zhuǎn)移和細胞成像方面得到更廣泛的應(yīng)用?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1是透射電鏡以及高分辨透射電鏡對碳點的形貌進行表征，柱狀圖為統(tǒng)計圖中粒子得到的粒徑分布圖。㈧石墨烯量子點的TEM成像，內(nèi)嵌圖:石墨烯量子點的HRTEM成像；(B)石墨烯量子點的粒徑統(tǒng)計分布圖。
[0013]圖2是原子力顯微鏡對碳點高度的表征。左圖為可視圖像(AFM成像)，右圖為以上圖紅色和綠色兩條線所過之處的高度變化圖。
[0014]圖3是石墨烯量子點的熒光量子產(chǎn)率測定圖(以硫酸奎寧為標(biāo)準，線性擬合碳點和硫酸奎寧的量子產(chǎn)率)。
[0015]圖4石墨烯量子點的光譜特征。(a)石墨烯量子點水溶液的紫外吸收光譜(ABS)，激發(fā)光譜(PLE)(發(fā)射波長為400 nm)和發(fā)射光譜(PL)(激發(fā)波長為290 nm)，內(nèi)嵌圖:石墨烯量子點水溶液分別在自然光下(左)和365 nm紫外燈下(右)的照片；(b) 石墨烯量子點在不同激發(fā)波長下的發(fā)射光譜，內(nèi)嵌圖:歸一化處理的石墨烯量子點在不同激發(fā)波長下的發(fā)射光譜。
[0016]圖5是用CCK-8方法研究不同濃度的石墨烯量子點與A549細胞作用的細胞毒性實驗，所得結(jié)果均為三次平均實驗的平均值。
[0017]圖6是體外用石墨烯量子點檢測Fe3+。(a) GQDs與不同濃度Fe3+作用后的熒光光譜圖，從上到下，F(xiàn)e3+濃度依次為:0,0.02，0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1,2,4,6,
B pmol/L，內(nèi)嵌圖=Fe3+濃度在0.G2-0.6μηιοΙ/L范圍時ι _ ///。與Fe3+濃度的
關(guān)系圖;(b)常見金屬離子對GQDs熒光的影響，金屬離子的濃度均為5pmol/L。
`[0018]圖7是A549細胞熒光共聚焦成像圖；㈧，⑶分別為A549細胞的熒光成像圖和
明場與熒光成像疊加圖；(C)，(D)分別為A549細胞與40^lg/mL GQDs孵育24h后的熒
光成像圖和明場與熒光成像疊加圖；(E)，(F), (G)，(H)為對A549細胞進行外加Fe3+成
像分析圖，A549細胞先與40pg/mL GQDs孵育24h, PBS洗滌三次后，再與不同濃度的
Fe3+孵育Ih后的熒光成像圖和明場與熒光成像疊加圖:(E，F(xiàn)) 0.02 mmol/L Fe3+，(G，H)
0.1 mmol/L Fe3+。
【具體實施方式】
[0019]實施例1:
步驟1:將10.4 mg富勒烯(C6tl)與251.3mg氫氧化鈉(NaOH)放入瑪瑙研缽中研細混
勻；
步驟2:按將以上反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)移至潔凈的25 mL坩堝中，于350±15°C馬弗爐中煅燒
4.1小時；
步驟3:待反應(yīng)完成后，取出冷卻至室溫，再加入超純水溶解所得固體，然后以12000轉(zhuǎn)每分鐘離心，去除下層沉淀物，取上清液待用；
步驟4:用截留分子量為1000的透析袋對離心所得上清液進行對水透析至pH為中性； 步驟5:將透析后的溶液通過冷凍干燥處理得到棕黃色粉末，即得到該石墨烯碳量子點。[0020]實施例2:
步驟1:將9.7mg富勒烯(C6tl)與248.9mg氫氧化鈉(NaOH)放入瑪瑙研缽中研細混勻； 步驟2:按將以上反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)移至潔凈的25 mL坩堝中，于348±10°C馬弗爐中煅燒
4.0小時；
步驟3-5與實施例1相同。
[0021]以下是產(chǎn)物的形貌光學(xué)性質(zhì)等表征(實施例1和2得到的產(chǎn)物形貌都是一祥的，兩者的形貌、光學(xué)、化學(xué)性質(zhì)沒有區(qū)別):
(I)形貌表征:通過透射電鏡和高分辨投射電鏡可以看出，該碳點的是分散的，沒有發(fā)現(xiàn)聚集的情況。其大小是均勻的，粒徑大小約為2-3 nm，如圖1所示。通過原子力顯微鏡可以看出碳點的高度大約為2.5± 1.5 nm，如圖2所示，大致為3-4層石墨的厚度。由此可以看出，該碳點從外貌上上符合石墨烯碳量子點的特點。
[0022](2)量子產(chǎn)率:以硫酸奎寧(0K = 0.54)為標(biāo)準物計算了該碳點的熒光量子產(chǎn)率。計算方法為，將奎寧固體溶解于0.1M的硫酸中，在吸收光譜儀上測定該溶液的吸收值,為A10然后在測定該吸收值為次的硫酸奎寧溶液的熒光峰積分面積，為ム。重復(fù)以上步驟，分別得到四組不同的硫酸奎寧溶液的吸收值ん，ル，A和んM1,ル，ん，A和ん的值兩兩相異，且其中的最大值不大于0.7，最小值不小于0.2)，以及其對應(yīng)的熒光強度值J2，I3, J4和/5。以吸收值為橫坐標(biāo)，熒光峰積分面積為縱坐標(biāo)做作圖，得到以硫酸奎寧為標(biāo)準的量子產(chǎn)率標(biāo)準曲線。按以上方法，將硫酸奎寧溶液替換為碳點溶液，即得到碳點量子產(chǎn)率曲線，如
圖4所示。然后按照公式進行計算，其中巾為所求的碳點的量子產(chǎn)率，
為硫酸奎寧標(biāo)準物的量子產(chǎn)率，》為攤點量子產(chǎn)率曲線的斜率，為硫酸奎寧為標(biāo)準的量子產(chǎn)率標(biāo)準曲線的斜率，n為碳點所處溶液環(huán)境的折光指數(shù),即為水的折光指數(shù)1.33,~為硫酸奎寧溶液所處環(huán)境的折光指數(shù)，也即為水的折光指數(shù)1.33。計算得到該碳點的量子產(chǎn)率為4.82% (如圖3所示)?？梢钥闯觯噍^現(xiàn)有的其他已有的通過富勒烯制得的石墨烯碳量子點的量子產(chǎn)率，該碳點的量子產(chǎn)率是較高的。
[0023](3)光學(xué)性質(zhì):通過吸收表征該碳點的吸收值可以發(fā)現(xiàn)其在260 nm出有一個寬的肩峰，在205 nm左右有較高的吸收值。通過觀察該碳點的激發(fā)發(fā)射光譜，可見其最大激發(fā)峰在290 nm處，最大的發(fā)射峰在400 nm (圖4的a)，且發(fā)射峰波長隨激發(fā)波長的改變而改變，如圖4的b所示。
[0024](4)材料所具有的性質(zhì)和用途:該石墨烯碳量子點具有良好的生物相容性。以A549細胞為例，用CCK-8實驗法進行了細胞毒性的實驗，可以看出在石墨烯碳量子點濃度為5-40 u g/mL的范圍內(nèi)時，細胞的存活率在80%以上，表明其具有較低的生物毒性(圖5)。
[0025]通過體外實驗可以證明，該石墨烯碳量子點的熒光可以較好的被鐵離子猝滅，猝滅程度與鐵離子的濃度存在線性關(guān)系，且選擇性較好(圖6 )。
[0026]而先將石墨烯碳量子點與A549細胞孵育24小時，再通過外加不同濃度的鐵離子再孵育I小時后，可以明顯觀察到藍色熒光被猝滅(圖7)。
[0027]結(jié)果表明石墨烯碳量子點可以成功的應(yīng)用于細胞內(nèi)的鐵離子成像分析。
【權(quán)利要求】
1.一種煅燒合成石墨烯碳量子點的方法，所述方法步驟如下: 步驟1:將富勒烯(C6tl)與氫氧化鈉(NaOH)放入瑪瑙研缽中研細混勻； 步驟2:將以上反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)移至潔凈的坩堝中，在馬弗爐中煅燒； 步驟3:待反應(yīng)完成后，取出所得固體冷卻至室溫，再加入超純水溶解所得固體，然后離心，取上清液待用； 步驟4:用透析袋對離心所得上清液進行對水透析至pH為中性； 步驟5:將透析后的溶液通過冷凍干燥處理得到棕黃色粉末，即得到石墨烯碳量子點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述富勒烯(C6tl)與氫氧化鈉(NaOH)按質(zhì)量比1:24至1:26。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述煅燒溫度為350±15°C，煅燒時間為4±0.1小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:采用25mL的坩堝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 ，其特征在于:所述離心速度為12000轉(zhuǎn)每分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述透析袋的截留分子量為1000。
7.ー種根據(jù)權(quán)利要求1-6之任一項所述的方法制備得到的用于細胞內(nèi)鐵離子檢測的石墨烯碳量子點，其特征在于:所述石墨烯碳量子點呈單分散的均勻球體，粒徑大小為2-3nm，晶柵距離為0.24 nm ;所述石墨烯碳量子點高度為2.5± 1.5 nm，表面含有羧基和羥基，最大激發(fā)波長為290 nm，最大發(fā)射波長為400 nm，且發(fā)射波長隨激發(fā)波長紅移而紅移，其量子產(chǎn)率約為4.8%;所述石墨烯碳量子點具有良好的生物相容性，并且其熒光可以被鐵離子猝滅。
8.權(quán)利要求7所述的石墨烯碳量子點在檢測細胞內(nèi)鐵離子的濃度方面的應(yīng)用。
【文檔編號】B82Y30/00GK103523772SQ201310357910
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】黃承志, 劉春芳, 高銘萱 申請人:西南大學(xué)