通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用
阅读：923发布：2023-03-10
专利汇可以提供通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了通过调控 碳 纳米晶 形貌制备高纯多色碳点的方法及应用，称取0.2～0.3g邻 氨 基 苯酚 ，量取18～22ml酒精溶液，将邻氨基苯酚溶解于酒精溶液中；待完全溶解后将其转入50ml的聚四氟乙烯 内衬 水 热合成釜中，并在 马 弗炉 中于150～180℃反应15～18小时；反应结束后，得到棕褐色的带有细小悬浮颗粒的溶液，将该溶液在4000r/min离心后，取下层固体，晾干，即得到碳纳米晶体。然后将碳纳米晶溶解于相应极性的 溶剂 ，即可制备出高纯多色碳点。本发明的制备方法原料简单廉价易得，实验条件温和，没有繁杂的步骤，方便易操作。，下面是通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用专利的具体信息内容。
1.通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取0.2～0.3g邻氨基苯酚，量取18～22ml酒精溶液，将邻氨基苯酚溶解于酒精溶液中；
(2)待完全溶解后将其转入50ml的聚四氟乙烯内衬水热合成釜中，并在马弗炉中于150～180℃反应15～18小时；
(3)反应结束后，得到棕褐色的带有细小悬浮颗粒的溶液，将该溶液在4000r/min离心后，取下层固体，晾干，即得到碳纳米晶；
(4)将碳纳米晶溶解于相应的极性溶剂，即可制备出高纯多色碳点。
2.根据权利要求1所述的通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，其特征在于，步骤(1)中邻氨基苯酚未溶解部分采用超声处理15min后，待完全溶解后转入50ml的聚四氟乙烯内。
3.根据权利要求1所述的通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，其特征在于，酒精溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为20：20ml。
4.根据权利要求1所述的通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，其特征在于，步骤(3)中晾干为在常温常压下自然晾干。
5.根据权利要求1所述的通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，其特征在于，步骤(1)中，称取0.22g邻氨基苯酚，量取20ml酒精溶液，将邻氨基苯酚溶解于20ml酒精溶液中。
6.根据权利要求1所述的通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，其特征在于，步骤(2)中，在马弗炉中于170℃反应16小时。
7.通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的应用，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述的多色碳点，以及该多色荧光碳量子点在表层和深部组织的生物成像以及生物标记中的应用。
通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，碳量子点由于具有良好的光学性能和生物应用性而备受关注。碳量子点作为一种新兴的零维材料，与传统半导体量子点相比，显示出优越的性能，如粒径小、荧光强、光稳定性好、生物相容性高、低毒性、环境友好性、表面易修饰等，被广泛应用于生物成像、医学诊断、药物载体、催化、光电器件等领域。
[0003] 其中，其荧光性能在生物成像、生物标记等领域的应用研究最为广泛。目前已有多种碳量子点的制备方法，如电化学合成方法、激光消融法、电弧放电法、湿法氧化、高温热解法等，这些制备方法存在实验条件苛刻，操作复杂，成本高等缺点，所制备出的碳量子点纯度较低、不易产业化生产。
[0004] 因此一种高纯多色碳点的制备方法尤显迫切性。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是现有水热法的碳量子点的制备方法所制备出的碳量子点纯度较低、不易产业化生产，目的在于提供通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用，解决碳量子点的新型制备方法的问题。
[0006] 本发明通过下述技术方案实现：
[0007] 通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用，包括以下步骤：
[0010] (3)反应结束后，得到棕褐色的带有细小悬浮颗粒的溶液，将该溶液在4000r/min离心后，取下层固体，晾干，即得到碳纳米晶。
[0011] (4)将上述碳纳米晶，溶解于相应的极性溶剂，即可制备出高纯多色碳点。
[0012] 本发明的与现有的水热法制备的区别在于，一般传统的水热法制备碳点方法是将溶液中宝贵的沉淀过滤除去，然后保留溶液透析后获得碳点，但是这样的操作步骤不仅浪费了原料，并且该法所获得的碳点量子产率，在同等条件下，不如本发明制备方法所获得的碳点量子产率高。
[0013] 进一步的，本发明将一种化合物-邻氨基苯酚超声分散于酒精水溶液中，再通过水热反应利用晶体调控合成高纯度多色荧光碳纳米晶。本发明以邻氨基苯酚和酒精为原料，简单廉价易得，利用条件温和的水热法，方便易操作，同时利用晶体调控合成多色荧光碳点，纯度高，充分符合原子经济效率，且便于实现产业化生产。
[0014] 具体的，本发明制备的碳量子点粒径小，平均粒径为2nm，荧光量子产率高达53.7％，并且在不同极性溶剂如四氢呋喃、二甲亚砜、丙酮中，并在相应激发波长下具有不同光致发光性能(从绿色到黄色)，因此本发明制备的碳点具有溶剂致变色效应和独特的上转换发光特性，可应用于多色生物成像以及生物标记，且在体内外均表现出低细胞毒性和良好生物相容性。
[0015] 优选的，通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，步骤(1)中邻氨基苯酚未溶解部分采用超声处理15min后，待完全溶解后转入50ml的聚四氟乙烯内。
[0016] 仅对未溶解的部分采用超声处理15min，不仅不会对溶液本身性能有所破坏，在完全溶解的情况下，能有效的使其性能达到最佳，使其更好的进行后续反应。
[0017] 具体的，通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，酒精溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为20：20ml。步骤(1)中，称取0.22g邻氨基苯酚，量取20ml酒精溶液，将邻氨基苯酚溶解于20ml酒精溶液中。步骤(2)中，在马弗炉中于170℃反应16小时。
[0018] 本发明采用从酒精与水体积配比为(35:5)、(30:10)、(25:15)、(20:20)、(15:25)、(10:30)mL中随机选取一组配比，水热时间确定为12h，探究不同温度对荧光强度的影响。选取酒精与水体积配比为(20:20)的样品进行温度优化。分别将盛有该配比的样品的反应釜置于200℃、190℃、180℃、170℃、160℃、150℃条件下，反应12h后将悬浮物分离出来，晾干后分别称取5mg，用1ml二甲亚砜溶解。再将原液稀释500倍，再取出10ul原液，稀释至5ml后，在激发波长为470nm，发射光狭缝宽度为5nm，波长扫描速度为1200nm/min的条件下，分别测其荧光发射强度。实验结果表明，在六组温度中，170℃下的溶液的荧光强度最大，因此本发明采用170℃。
[0019] 将6种酒精与水体积配比：35:5、30:10、25:15、20:20、15:25、10:30mL，在170℃的条件下反应，其他实验条件和水热反应温度优化条件一致，重复上述的步骤，将产物分离出来，同样测其在二甲亚砜中荧光强度。实验结果表明，酒精与水体积配比为20:20mL的荧光强度最大，所以本发明采用20:20mL。
[0020] 选择酒精与水体积配比为20:20，水热反应温度为170℃，反应时间依次设置为10、12、14、16、18h，按照上述实验步骤测其在二甲亚砜中的荧光强度。实验结果表明，反应16h后的碳量子点产物形貌清晰且集中，而其它反应时间产生的碳量子点产物为分散状态，且反应16h后的碳量子点荧光强度最大，因此本发明采用16h作为碳量子点合成的水热反应时间。
[0021] 综上所述，本发明选择利用在20：20mL的乙醇与水的体积配比、170℃水热反应温度、水热反应16h的最佳反应条件下，得到的碳量子点的碳量子点粒径小(平均粒径为2nm)，荧光量子产率高达53.7％。
[0022] 进一步的，通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法，步骤(3)中晾干为在常温常压下自然晾干。采用自然晾干，不需要对溶液进行透析，所制备的碳点量子产率更高。通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的应用，本发明所制备的多色荧光碳量子点在表层和深部组织的生物成像以及生物标记中的应用。本发明在不同极性溶剂(四氢呋喃、二甲亚砜、丙酮)中、相应激发下有不同光致发光性能(从绿色到黄色)，具有溶剂致变色效应和独特的上转换发光性，可应用于生物成像以及生物标记，且在体内外均表现出低细胞毒性和良好生物相容性。
[0023] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0024] 1、本发明通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用，本发明以邻氨基苯酚和酒精为原料，简单廉价易得，利用条件温和的水热法，方便易操作，同时利用晶体调控合成多色荧光碳点，纯度高，充分符合原子经济效率，且便于实现产业化生产；
[0025] 2、本发明通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用，本发明制备的碳量子点粒径小，平均粒径为2nm，荧光量子产率高达53.7％，在不同极性溶剂：四氢呋喃、二甲亚砜、丙酮中、紫外光激发下有不同光致发光性能(从绿色到黄色)，具有溶剂致变色效应和独特的上转换发光特性，可应用于生物成像以及生物标记，且在体内外均表现出低细胞毒性和良好生物相容性；
[0028] 图1为本发明多色荧光碳量子点的合成条件：反应温度、配比、反应时间的优化荧光光谱图；
[0029] 图2为本发明结多色荧光碳量子点的TEM图；
[0030] 图3为本发明多色荧光碳量子点的AFM图；
[0031] 图4为本发明多色荧光碳量子点的XRD图谱；
[0032] 图5为本发明高纯多色碳点、传统水热法制备的多色荧光碳量子点和邻氨基苯酚的红外光谱图；
[0033] 图6为本发明多色荧光碳量子点的XPS图谱；
[0034] 图7为本发明多色荧光碳量子点的拉曼光谱图；
[0035] 图8为本发明多色荧光碳量子点在不同溶剂：水溶液、二甲亚砜、丙酮、四氢呋喃中的荧光、紫外光谱图；
[0036] 图9为本发明多色荧光碳量子点在不同激发波长下的荧光发光图；
[0037] 图10为本发明多色荧光碳量子点在四氢呋喃溶液中的荧光量子产率；
[0038] 图11为本发明多色荧光碳量子点在二甲亚砜溶液中的荧光量子产率；
[0039] 图12为本发明多色荧光碳量子点荧光寿命；
[0040] 图13为多色荧光碳量子点的细胞活性检测；
[0041] 图14为本发明多色荧光碳量子点在斑马鱼体内和细胞中的共聚焦显微镜图；
[0042] 图15为本发明多色荧光碳量子点分别在四氢呋喃和二甲亚砜中的上转换发光图谱；
[0043] 图16为本发明碳纳米晶放置13个月之后，然后分别溶解在四氢呋喃和二甲亚砜中的荧光谱图与新制备的碳纳米晶，统一条件下，荧光强度谱图比较图。
具体实施方式
[0044] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0045] 实施例1
[0046] 本发明通过调控碳纳米晶形貌制备高纯多色碳点的方法及应用，包括以下步骤：
[0047] (1)称取0.22g邻氨基苯酚，量取20ml酒精溶液，将邻氨基苯酚溶解于酒精溶液中；
[0048] (2)邻氨基苯酚未溶解部分采用超声处理15min后，待完全溶解后将其转入50ml的聚四氟乙烯内衬水热合成釜中，并在马弗炉中于170℃反应16小时；
[0049] (3)反应结束后，得到棕褐色的带有细小悬浮颗粒的溶液，将该溶液在4000r/min离心后，取下层固体，晾干，即得到碳量子点纳米晶体。
[0050] (4)将碳纳米晶，溶解于相应的极性溶剂，即可制备出高纯多色碳点。
[0051] 其中，酒精溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为20：20ml。步骤(3)中晾干为在常温常压下自然晾干。
[0052] 本发明采用的仪器包括：聚四氟乙烯内衬水热合成釜，荧光分光光度计(Hitachi F-4600)，荧光光谱仪(FL-3HORIBA Jobin Yvon)，高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)(JEOL-2100F)，原子力显微镜(AFM)(Bruer Corporation)，紫外分光光度计(UV-Vis)(Hitachi
3010)，X射线电子能谱(XPS)(ESCAAB 250Xi)，傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)(WQF-510)，X射线衍射仪(XRD)(DX2700)，显微共聚焦拉曼光谱仪(Renishaw RM 1000)，激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)(Olmpus)，埃普多夫电子显微注射器(FemtoJet 4i)，立体显微镜(SZ760)，高精密电子天平(梅特勒百万分之一)。
3010)，X射线电子能谱(XPS)(ESCAAB 250Xi)，傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)(WQF-510)，X射线衍射仪(XRD)(DX2700)，显微共聚焦拉曼光谱仪(Renishaw RM 1000)，激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)(Olmpus)，埃普多夫电子显微注射器(FemtoJet 4i)，立体显微镜(SZ760)，高精密电子天平(梅特勒百万分之一)。
[0053] 本发明选择利用在20：20mL的乙醇与水的体积配比、170℃水热反应温度、水热反应16h的最佳反应条件下，进行荧光碳量子点的荧光检测，图1a-c分别为优化反应温度、配比、反应时间的优化荧光光谱图，图1a-c中其横坐标为：波长(nm)；纵坐标为：荧光相对强度。从图1a-c中可看出，在该条件下碳点荧光强度最大。
[0054] 实施例2
[0055] 本发明的采用现有的水热法制备工艺：
[0056] (1)称取0.22g邻氨基苯酚，量取20ml酒精溶液，将邻氨基苯酚溶解于酒精溶液中；
[0057] (2)邻氨基苯酚未溶解部分采用超声处理15min后，待完全溶解后将其转入50ml的聚四氟乙烯内衬水热合成釜中，并在马弗炉中于170℃反应16小时；
[0059] 通过与实施例1对比可知，实施例2为现有的碳点的制备方法，其得到的碳点量子产率低于实施例1所得的碳点量子产率。
[0060] 实施例3
[0061] 对实施例1所得碳量子点进行高分辨率透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征，如图2、图3所示。
[0062] 图2为多色荧光碳量子点的TEM图，图2b中横坐标为：粒径统计(nm)；纵坐标为：各种粒径所占比例；图3多色荧光碳量子点的AFM图；
[0063] 从TEM和AFM表征图中可以发现，本发明所制备的多色荧光碳量子点晶体排列整齐，表面没有明显的聚合。从图2中的TEM颗粒直径分布图可以看出，该碳量子点的颗粒直径分布在1nm～4nm范围内，原子力显微镜图(图3)显示该多色荧光碳量子点平均直径为2nm。
[0064] 现有的碳量子点的平均直径通常为2.5nm以上，而本发明所制备的多色荧光碳量子点平均直径为2nm，因此本发明的多色荧光碳量子点平均直径比现有荧光碳量子点均小。
[0065] 从图2中的，HRTEM插图中可以看出，该多色荧光碳量子点具有明显的晶格条纹且晶格间距为0.15nm。
[0066] 实施例4
[0067] 利用X射线衍射仪(XRD)研究该多色荧光碳量子点的晶体结构。图4为该荧光碳量子点的X射线衍射图像，图4的横坐标为：2θ角，纵坐标为：衍射峰强度；该荧光碳量子点在21.25°处有一个集中的宽峰，该峰来源于一种无序的碳原子团，表明本发明所制备的多色荧光碳量子点为非晶体结构。
[0068] 图2的TEM与图4的XRD测量的差异可能是因为本发明的碳量子点是有机晶体，XRD检测出该碳量子点的有机晶体相，而TEM图像是在不同溶液中将其溶解进行检测的，其形貌在溶液中已发生了改变。
[0069] 利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱图(XPS)以及拉曼散射(Raman)对材料进行表征。图5为高纯多色碳点(HPMCCD)、传统水热法制备的多色荧光碳量子点和邻氨基苯酚的红外光谱图；其横坐标为：波数；纵坐标为：吸收强度，图5中该曲线从上到下分别为：由图5的FT-IR图谱可知，相比于原料邻氨基苯酚，合成的多色荧光碳量子点出现了新的特征峰，分别在3045cm-1存在C-H的弹性振动，在1571cm-1存在C-N键的弯曲振动，在1496cm-1处存在C＝C伸缩振动，在1280cm-1处存在C-O的伸缩振动。
[0070] 以上结果表明，在碳的形成过程中，发生了分解、缩合反应。另外，可明显看出利用本方法所制备的高纯多色碳点比传统水热法透析方法所制备的碳点纯度高。此外，XPS图谱(图6)也应证了FT-IR的结果。
[0071] 图6多色荧光碳点的XPS图谱，图6a-d中，横坐标为：键能(eV)；纵坐标为：强度；如图6a、e)所示，该多色荧光碳量子点由C，N，O三种元素组成，且三种元素成分比例为C:N:O＝1：0.21：0.18。另外XPS图谱也说明其含有C＝C、C-O、C–N、O-H、O-C、N-H、N-C键(C-C/C＝C(284.7ev)、C-O(286.3ev)、C-N(285.5ev)、O-H(531.5ev)、O-C(533.4ev)、N-H(398.4ev)、NO2(399.0ev)、N-C(400.0ev))(b-d)。如图7所示，图7为多色荧光碳量子点的拉曼光谱图，其横坐标为：拉曼峰位(cm-1)，纵坐标为：强度；拉曼光谱图结果表明在532nm激发下，该量子点在1390cm-1和1575cm-1处有两个宽的特征峰，经分析该两个特征峰分别属于D波段(sp3杂化)和G波段(sp2杂化)。其中D带与无序石墨或玻璃碳的端面上有悬空键的碳原子的振动有关，G带相当于石墨的E2g模式，与二维六边形晶格中sp2杂化碳原子的振动有关。
[0072] 实施例5
[0073] 通过对本发明所制备的碳量子点的荧光光谱图(图8a)和紫外分光光谱图(图8b)的分析，得到荧光碳量子点在不同溶剂(乙醇水溶液、二甲亚砜、丙酮、四氢呋喃)中的不同光致发光性。其中，图8a横坐标为：纵坐标为：波长(nm)；乙醇水溶液、二甲亚砜、丙酮、四氢呋喃为溶剂，相应的谱图依次为从右向左边(最大发射波长)荧光谱图。相应的吸收谱图为：图8b所示，以最大吸收波长为准依次从左到右。
[0074] 从图8b中可以看出，该多色荧光碳量子点在不同的溶剂中的紫外吸收主要在400-550nm(n-π*)范围内。由于溶剂极性的不同，荧光碳量子点紫外吸收图谱发生不同程度的红移，且吸收强度也相应减弱。其中，荧光碳量子点在极性较弱的二甲亚砜中红移最大，吸收强度下降最少；在极性较强的四氢呋喃溶液中红移最少，吸收强度下降最多。这可能是由于长波长发射调控引起(绿光-红光区域)。
[0075] 从图9中的荧光图中可以看出，碳量子点分别在乙醇水溶液、二甲亚砜、丙酮和四氢呋喃溶剂中，在相应的激发光(490nm，470nm，470nm，380nm)下，分别呈现出明亮的黄色、亮黄色、黄绿色以及绿色荧光。在四氢呋喃溶剂和二甲亚砜溶剂中、470nm紫外光激发下检测其荧光量子产率，结果证明，该碳量子点具有较高的荧光量子产率，分别为53.7％和48.7％(图10、图11)。
[0076] 图10为多色荧光碳量子点在四氢呋喃溶液中的荧光量子产率(QY)；图10a为：其横坐标为：吸收强度，纵坐标为：拟合后强度；图10b为：其横坐标为：吸收强度，纵坐标为：拟合后强度；图10c为：荧光量子产率列表。
[0077] 图11为多色荧光碳量子点在二甲亚砜溶液中的荧光量子产率(QY)；图11a为：吸收强度，纵坐标为：拟合后强度；图11b为：吸收强度，纵坐标为：拟合后强度；图11c为：荧光量子产率列表。该多色荧光碳量子点在510nm的紫外激发下的平均荧光寿命为3.24ns(图12)。图12为多色荧光碳量子点荧光寿命，其横坐标为：纳秒(ns)，纵坐标为：衰减强度；为探究该多色荧光碳量子点的荧光特性是否来自于其自身发光，我们对其样品本身进行了紫外光照射，如图9e-g)，结果表明，多色荧光碳量子点材料本身不发荧光。
[0079] 此外，本发明制备的碳量子点在较宽的激发-发射波长下可以实现晶体调控，所制得的产物纯度高，简单离心分离后具有高荧光发射效率，这一特性表明，本发明所报道的多色荧光碳量子点的制备方法易于产业化，适合大规模工业生产。
[0080] 实施例6
[0081] 通过基于Hela细胞的标准MTT分析检验本发明实施例1所制备的碳量子点的细胞毒性，即将Hela细胞分别置于浓度范围为2至10μg/ml的多色荧光碳量子点中孵育24小时，结果如图13所示，图13为多色荧光碳量子点的细胞活性检测图，其横坐标为：碳点浓度微克每毫升，纵坐标为：细胞成活率；孵育24h后，细胞活性仍保持在80％以上，说明该荧光碳量子点细胞毒性低。
[0082] 将Hela活细胞在50μg/ml荧光碳量子点中孵育6小时，在405nm激发光下利用共聚焦显微镜成像。结果如图14b)共聚焦显微图像所示，在405nm激发光激发下，该多色荧光碳量子点在Hela细胞内发射出绿光，并且在细胞质区域和细胞核中均可观察到明显的发光。这表明该碳量子点不仅可以通过细胞膜进入到细胞质也可以进入细胞核，使整个细胞区域显示出来明亮的荧光。
[0083] 以上结果证明该多色荧光碳量子点可用于多色生物标记。
[0084] 实施例7
[0085] 在实施例6的基础上，如图15及插图所示，图15为多色荧光碳量子点分别溶解在四氢呋喃(THF)和二甲亚砜(DMSO)中的上转换发光图谱，其横坐标为：发射波长(nm)，纵坐标为：(相对荧光强度)，如图15及插图所示，该荧光碳量子点在660nm激发光下，在四氢呋喃和二甲亚砜溶剂中分别发射出绿光和黄绿色光，该特征表明该碳量子点除了可用于表层生物成像外，还可用于深部组织荧光成像。
[0086] 通过对斑马鱼幼虫进行显微镜注射多色荧光碳量子点，在其体内完成共聚焦显微镜成像来研究。首先将培养了5天由胚胎转变为幼虫的斑马鱼幼体通过显微镜注射50nl，50μg·ml-1的荧光碳量子点，即将荧光碳量子点在斑马鱼受精后第5天注入幼体的心室。选择这个阶段的斑马鱼是因为该阶段斑马鱼正在发育椎骨，有益于观察实验现象。然后将幼体放于28.5℃下培养24小时后，用激光扫描共焦显微镜分别在546nm激发波长下拍摄图像，如图14a所示。图像表明整个斑马鱼包括脊椎部分均呈现出明亮的绿色荧光，该结果表明，该多色荧光碳量子点可用于深部组织荧光成像。
[0087] 因此，综上所述，本发明通过提供一种简单的一步法将邻氨基苯酚与酒精水溶液混合液利用水热反应在高温条件下发生缩合反应，同时利用晶体调控制备出高纯度的、具有光致发光性质和溶剂致变色效应的多色碳量子点。
[0088] 本发明制备的碳量子点粒径小，平均粒径为2nm，原料简单廉价易得，制备方法条件温和且方便易操作，同时可利用晶体调控合成，产物纯度高且便于实现产业化生产，所制备的碳纳米晶可长期常温下放置(如图16所示)，图16中图a-d中，其横坐标为：波长(nm)，纵坐标为：相对荧光强度；图16中图a-d中，新制备的碳纳米晶的荧光强度高于放置13个月之后的碳纳米晶的荧光强度。该数据分别代表用时可直接溶解于相应极性溶剂中，即可制备出高纯多色碳点。
[0089] 本发明还提供了所制备的多色荧光碳量子点的荧光特性探究结果及其在生物成像、生物标记方面的应用。实验结果表明，该多色荧光碳量子点在四氢呋喃强极性溶剂和二甲亚砜弱极性溶剂中分别具有为53.7％和48.7％的高荧光量子产率；将该多色荧光碳量子点晶体溶解于弱极性的溶剂丙酮、二甲亚砜中分别呈现明亮的黄绿色与黄色，溶解于强极性溶剂四氢呋喃中呈现明亮的绿色，具有溶剂致变色效应；在低波长激发光下具有独特的上转换发光(UCPL)特性。通过实验证明该荧光碳量子点可应用于表层和深部组织生物成像以及生物标记，且在体内外均表现出低细胞毒性和良好生物相容性。
[0090] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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