一种制备水溶性生物质基荧光碳点的合成方法及应用技术领域
本发明涉及纳米材料科学及应用领域，尤其涉及水溶性生物质基荧光碳点的制备方法及应用，属于纳米材料科学及应用领域。
背景技术
碳量子点，简称碳点，是粒径小于10nm的新型荧光碳纳米材料。自2004年Xu等人用电泳分离单臂碳纳米管时无意中发现碳点以来，逐渐成为碳基材料家族中的新星。与传统的半导体量子点相比，它具有极好的水溶性，低毒性，生物性溶性，荧光稳定和荧光可调等优势。使得碳点在很多方面都拥有应用的潜能，例如生物成像、生物传感、药物释放、光电器件和荧光打印等等，同时也吸引了大批研究者的兴趣。
到目前为止，研究者们所报道的碳点的合成方法不胜枚举。但是基本上所报道的合成方法都存在一定缺陷。比如，激光消融或者电化学处理氧化石墨烯方法制备碳点。激光消融需要昂贵的设备，条件难以控制；而电化学合成的碳点的荧光性能会不佳；微波辅助消解蜡烛灰、糖类，或者水热法消解糖类，花粉等来制备碳点，这些方法虽然操作起来简单，条件可控，但是原料成本比较高，特别是蜡烛灰不易制得，并且会造成所制得碳点荧光性能不佳。
截至目前，还未见到利用生物高分子制备碳点的报道。而本发明中的碳点是利用自然界中资源最丰富，最易得的生物高分子——纤维素粉为原料，利用水热法合成具有水溶性生物质基荧光碳点。本发明中实验设备要求不高，操作简单并且反应条件可控，最大的优点还是利用了廉价的生物分子——纤维素粉，大大降低了原料成本，并且由于原料为无毒的生物原料，制备的碳点的生物相容性好，毒性低。
发明内容
本发明为解决现有荧光碳点制备条件苛刻，原料价格昂贵的问题，提供了一种具有水溶性生物质基荧光碳点合成方法及应用。
本发明的一种具有水溶性生物质基荧光碳点的合成方法按以下步骤进行：
1）分别称取0.1-5g的纤维素，0.1-2g的尿素。
2）将步骤1）称取的试剂装入聚四氟乙烯的反应釜中，10-100mL去离子水作为溶剂，放入恒温烘箱中，在120℃-220℃进行水热反应，反应24-100h后，待反应釜冷却至室温，从而得到含有水溶性生物质基荧光碳点反应液。。
3）将步骤2）得到的反应液进行离心去除沉淀物，取上清液，用去离子水进行透析，透析管的截留分子量为5-10kDa，透析时间为48-96h透析结束后取管内液冷冻干燥，得到纯的碳点固体。
所述的步骤1）中纤维素和尿素的质量分别为0.1-5g，0.1-2g。
所述的步骤2）中去离子水的用量为10-100mL。
所述的步骤2）中反应釜在恒温烘箱中的反应温度是120℃-220℃。
所述的步骤2）中水热反应时间为24-100h。
所述的步骤3）中透析管的截留分子量为5-10kDa。
所述的步骤3）中透析时间为48-96h。
根据以上方法制备的一种具有水溶性生物质基荧光碳点应用于细胞成像领域。
本发明具有以下有益效果：
首次以纤维素和尿素为原料通过水热法制备得到具有水溶性生物质基荧光碳点，并将其应用于细胞成像。本发明解决现有荧光碳点制备条件苛刻，原料价格昂贵的问题。
附图说明
图1为试验二得到的透射电镜(TEM)图
图2为试验三得到的荧光发射光谱
图3为试验四得到的细胞毒性实验图
图4为试验五得到的细胞成像图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1生物质基荧光碳点材料的制备
将0.5g纤维素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反应釜中中，同时以10ml去离子水为溶剂。将反应釜放于180℃恒温烘箱中，反应72h，离心得到棕色的碳点反应液，将反应液用5-10kDa的透析管透析72h，再将透析后的溶液冷冻干燥，最终得到生物质基荧光碳点材料。
实施例2生物质基荧光碳点材料的制备
将0.5g纤维素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反应釜中中，同时以10ml去离子水为溶剂。将反应釜放于200℃恒温烘箱中，反应72h，离心得到棕色的碳点反应液，将反应液用5-10kDa的透析管透析72h，再将透析后的溶液冷冻干燥，最终得到生物质基荧光碳点材料
实施例3生物质基荧光碳点材料的制备
将0.5g纤维素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反应釜中中，同时以10ml去离子水为溶剂。将反应釜放于200℃恒温烘箱中，反应72h，离心得到棕色的碳点反应液，将反应液用5-10kDa的透析管透析72h，再将透析后的溶液冷冻干燥，最终得到生物质基荧光碳点材料。
本实施方式的原料均为市售分析纯原料。
实施例4：本实验方式的一种具有水溶性生物质基荧光碳点的生物评价实验。
用以下试验证明本发明的有益效果。
试验一：将0.5g纤维素粉和0.35g尿素粉末放入聚四氟乙烯的反应釜中中，同时以10ml去离子水为溶剂。将反应釜放于180℃恒温烘箱中，反应72h，离心得到棕色的碳点反应液，将反应液用5-10kDa的透析管透析72h，再将透析后的溶液冷冻干燥，最终得到生物质基荧光碳点材料。。
试验二：采用透射电子显微镜对试验一制得的生物质基荧光碳点材料进行电镜扫描得到如图1所示的生物质基荧光碳点TEM图，从图1可以看生物质基荧光碳点为近似球形的纳米材料。
试验三：利用荧光分光光度计对试样一制得的生物质基荧光碳点水溶进行荧光性能测试，图2所示的碳点水溶液在不同激发光下得到发射光谱图，从图中可以看出生物质基荧光碳点的发射光谱存在依赖激发光现象，发射光谱随着激发光波长的增加而发生红移现象。
试验四：利用试验一制备的生物质基荧光碳点，进行细胞毒性实验。将MC3T3成骨细胞接种于96孔板中，置于37℃,5%CO2的培养箱中培养。24h后吸去培养基，加入含本发明制备生物质基荧光碳点的培养基，继续在37℃,5%CO2的培养箱中培养24h。吸去培养基，用PBS清洗3-5次后，加入含有10%CCK-8的培养基，继续在37℃,5%CO2的培养箱中培养4h,用酶标仪测试其OD值。从图3可以得出细胞存活率达到85%以上，本发明所制备的碳点低毒甚至无毒
试验五：利用试验一制备的生物质基荧光碳点，进行生物成像实验。
将MC3T3成骨细胞接种于放有细胞爬片的24孔板中，置于37℃,5%CO2的培养箱中培养。24h后吸去培养基，加入含本发明制备生物质基荧光碳点的培养基，继续在37℃,5%CO2的培养箱中培养24h。取出细胞爬片，用PBS清洗3-5次后，用4%的多聚甲醛溶液进行细胞固定，制样。在激光共聚焦显微镜下观察细胞的成像情况。从图4可以看到，本发明所制备的碳点可成功用于细胞成像。