一种N,P掺杂的黄芩碳点及其制备方法和应用与流程

本发明涉及抗菌材料制备，具体涉及一种n,p掺杂的黄芩碳点及其制备方法和应用。

背景技术：

1、碳点是直径小于10nm的零维碳基纳米材料大家庭中的新兴成员，因其独特的荧光特性，化学稳定性高，生物相容性好而成为材料化学的热门话题，随着合成技术和纳米科学的不断发展基于碳点的各类材料已经相继推出，形成了性能优于单一碳点的杂化材料。

2、作为最重要的研究热点之一，碳点的合成方法也得到了广泛的发展。在碳点的合成方法中，可以归类为自上而下和自下而上。前者是通过切割大块碳材料，得到规则形状的碳点，合成方法主要包括激光刻蚀、电弧放电、电化学剥蚀、氧化酸处理等。这些方法存在成本高、易造成环境污染、荧光产率相对较低和表面官能团单一等不可避免的缺点，无法实现大规模的生产。而自下而上的方法是通过含碳分子的热解或碳化，其中超声、水热和溶剂热法等反应温度过高，实验步骤繁琐，设备需求的要求较高，无法实现批量生产。

3、与细菌感染有关的疾病已成为人类健康和全球经济的严重威胁。目前，抗生素是对抗细菌感染的主要治疗策略。不幸的是，长期过度使用传统抗生素导致抗生素耐受性和耐药性的发展，抗生素耐药细菌正在引起全球健康危机。为此，人们积极研究替代抗菌剂的技术。

4、公开号为cn116391724a的中国发明专利文件，公开一种紫外杀菌材料及其制备方法。此方法使用黄芩苷为原料，黄芩苷是从双子叶唇形科植物黄芩的干燥根中提取分离出来的一种黄酮类化合物，前驱原料难得，且使用水热法合成，合成时间不低于4h，反应时间长且产物的收率低，发明中阐述了其抗菌性能为紫外联合使用，紫外本身具有杀菌特性，在单一变量方面难以控制。

5、公开号为cn103190443a的中国发明专利文件，公开一种纳米复合抗菌材料制备方法及其制得抗菌材料。该发明专利需要避光实验、避光干燥，实验步骤复杂且反应时间长，最终形成的抗菌剂的粒径在100~800nm，抗菌性能会随着尺寸的增加而降低，抗菌过程中需要的抗菌材料浓度大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种n,p掺杂的黄芩碳点及其制备方法和应用，该方法以黄芩药物为原料、磷酸为掺杂剂和反应溶剂，使用一步微波法能够在短时间内得到n,p掺杂的黄芩碳点，粒径均一，形貌规整、低能耗、产率高，毒性低，生物相容性好，抗菌效果好，在促进伤口愈合方面具有广阔的应用前景。

2、为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

3、一种n,p掺杂的黄芩碳点，以黄芩药物为原料，以磷酸为掺杂剂和反应溶剂经微波反应制得；所述的n,p掺杂的黄芩碳点为球状形貌，平均粒径为2.2±0.3nm，其中氮质量含量为3%~4%，磷质量含量为8%~10%。

4、本发明还提供了上述方案所述的一种n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，包括如下步骤：

5、（1）将黄芩药物研磨成粉，加入到磷酸溶液中，搅拌3~5min，超声至黄芩粉末与磷酸溶液完全混匀，微波反应后自然冷却至室温，得到浅黄色液体；

6、（2）将步骤（1）得到的浅黄色液体加入naoh溶液进行中和反应，得到n,p掺杂的黄芩碳点溶液；

7、（3）将步骤（2）得到n,p掺杂的黄芩碳点溶液过滤并浓缩至颜色变为深褐色后透析，取透析液进行冷冻干燥，得到n,p掺杂的黄芩碳点。

8、进一步地，所述步骤（1）中磷酸溶液的质量浓度为10%-40%，黄芩粉末与磷酸溶液中磷酸的质量比为1:40~50；微波反应温度90~110℃，时间3~15min。

9、进一步地，所述步骤（1）中，微波反应采用700-800w功率段的微波。

10、进一步地，所述步骤（2）中，naoh溶液的浓度为0.1~0.2m。

11、进一步地，所述步骤（3）中，透析时间为6-12h，冷冻温度为-40~-60℃，干燥时间为6-12h。

12、本发明还提供了根据上述方法制备的n,p掺杂的黄芩碳点在体外抗菌材料中的应用。

13、本发明的有益效果如下：

14、（1）本发明采用黄芩药物作为反应的原料，作为生物质原料，黄芩药物的主要组成成分是碳、氮、氧元素，与生物体内的元素种类类似，排除了化学试剂的药剂毒性，使用此原料合成的碳点具有较低的毒性和较好的生物相容性。

15、（2）传统碳点的制备方法，如电溶剂热法和模板法均存在合成过程复杂、反应时间较长等问题，本发明采用的微波合成法反应时间短，反应效率高，实验步骤简单，在短时间内就可结束反应获得n,p掺杂的黄芩碳点。

16、（3）碳点的大小很大程度上决定了抗菌性能，抗菌性能会随着尺寸的增加而降低，尺寸较小的碳点具有更为优越的抗菌性能。本发明制备平均粒径在2.2±0.3nm的碳点，改变传统碳点固定尺寸的理化性质，粒径小的碳点展现出优异的抗菌效果，在100μg/ml的低浓度条件下对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有显著的抑制作用。

17、（4）本发明制备的n,p掺杂的黄芩碳点，进行元素掺杂，其中磷酸被用作掺杂剂和反应的溶剂制备n,p掺杂的黄芩碳点。所掺杂的n,p在元素周期表中与c非常接近，改变碳点的表面特性和固有的电子性质，充分发挥原子掺杂的协同作用，可以成为耐药性、生物膜和细胞内活性潜在的药物。

18、（5）本发明进一步探究n,p掺杂的黄芩碳点在体外抗菌中的表现，结果表明n,p掺杂的黄芩碳点对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌具有优异的抗菌效果，抗菌率达到92%以上。

技术特征：

1.一种n,p掺杂的黄芩碳点，其特征在于，n,p掺杂的黄芩碳点以黄芩药物为原料，以磷酸为掺杂剂和反应溶剂制得；所述的n,p掺杂的黄芩碳点为球状形貌，平均粒径为2.2±0.3nm，其中氮质量含量为3%~4%，磷质量含量为8%~10%。

2.一种n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，磷酸溶液的质量分数为10%~40%，黄芩粉末与磷酸溶液中磷酸的质量比为1:40~50。

4.根据权利要求2所述的n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，反应温度为90~110℃，时间为3~15min。

5.根据权利要求2所述的n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，采用700~800w功率段的微波进行反应。

6.根据权利要求2所述的n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，naoh溶液的浓度为0.1~0.2m。

7.根据权利要求2所述的一种n,p掺杂的黄芩碳点的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，透析时间为6-12h，冷冻干燥温度为-40~-60℃，干燥时间为6~12h。

8.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法制得的n,p掺杂的黄芩碳点的应用，其特征在于，将所述的n,p掺杂的黄芩碳点应用于体外抗菌材料。

技术总结
本发明公开了一种N,P掺杂的黄芩碳点及其制备方法和应用，属于抗菌材料制备技术领域。所述的N,P掺杂的黄芩碳点，呈球状形貌平均粒径为2.2±0.3nm。制备方法为：将黄芩药物研磨成粉加入磷酸溶液中，完全混匀后进行微波反应、冷却得到浅黄色液体，将浅黄色液体中和得N,P掺杂的黄芩碳点溶液，过滤浓缩后透析、冷冻干燥得到N,P掺杂的黄芩碳点。该方法以黄芩药物为原料、磷酸为掺杂剂和反应溶剂，使用一步微波法能够在短时间内得到N,P掺杂的黄芩碳点。本发明实验过程低能耗、产率高，所得N,P掺杂的黄芩碳点尺寸小且粒径均一，形貌规整，生物相容性与抗菌效果好，在抗菌并促进伤口愈合方面具有广阔的应用前景。

技术研发人员：王玉婷,刘焕,耿德敏,朱鸣笛,张传伟,岳茂文,徐忠伟,刘建路
受保护的技术使用者：山东海化集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4