一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法。该方法通过简单操作可制备出可自发荧光的渗氮碳量子点，因而有望在光电材料，生物成像，靶向载药等领域取得广泛应用。
【背景技术】
[0002]聚乙烯亚胺是一种水溶性高分子聚合物，呈无色或淡黄色粘稠状液体，溶于水和乙醇，具有高附着性，高吸附性，作为一种广泛使用的非病毒载体，在过去的十年中引起了学者们的关注。聚乙烯亚胺因其独特的“质子海绵效应”常常与有机荧光染料或量子点复合，以作为踪迹可追溯的药物载体，应用于生物医学领域。然而与有机荧光染料或量子点的复合往往制备步骤繁琐，还进一步增加了细胞毒性，并且制得的复合材料稳定性差。因此，开发一种制备步骤简单、不增加细胞毒性且能保留聚乙烯亚胺结构特性，同时具备量子点自发光特性的基于聚乙烯亚胺分解的方法就显得非常重要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，以解决现有的聚乙烯亚胺与有机荧光染料或量子点的复合方法往往制备步骤繁琐、增加了细胞毒性且产品稳定性差的技术问题。本发明以聚乙烯亚胺为原材料，通过乙醇高温还原得到分解的聚乙烯亚胺，保留聚乙烯亚胺结构特性的同时，更增加了独特的自发荧光性能，为其进一步生物应用奠定了基础。
[0004]一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，包括如下步骤:
(1)将聚乙烯亚胺分散在乙醇中制成浓度为10-50mg/10ml的溶液，充分搅拌后将溶液转入反应釜中，在180-200°C烘箱内反应20小时，自然冷却，即得到碳量子点原液；
(2)采用梯度柱层析方法对原液进一步提纯，除去多余未分解的聚乙烯亚胺即得到自发焚光的碳量子点。
[0005]进一步的，一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，步骤(I)中所述的聚乙烯亚胺为市场上能够广泛购买到的支链化聚乙烯亚胺，其分子式是c2X+4KH5X+皿NX+2K且呈胶体。
[0006]进一步的，一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，步骤(I)中所述的乙醇为乙醇质量分数多99.7%的分析纯无水乙醇；所述的反应釜为聚四氟乙烯内衬反应釜。
[0007]进一步的，一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，步骤(2)中所述的梯度柱层析方法使用中性氧化铝或层析用硅胶为固定相，采用乙醇为展开剂。
[0008]本发明由聚乙烯亚胺分解制备碳量子点的原理:具有高度支链结构的聚乙烯亚胺(PEI)表面含有大量的伯胺、叔胺、仲胺，在提供碳源的同时更保障了丰富的氮源；通过乙醇在高温下的还原性将支链大分子聚乙烯亚胺逐步分解为小分子，形成渗氮碳量子点。采用柱层析方法将产物与未充分反应的原材料分离进一步提纯。
[0009]本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明通过分解聚乙烯亚胺制备渗氮碳量子点，采用聚乙烯亚胺同时作为碳源和氮源，原材料简单常见。
[0010]2、聚乙烯亚胺是应用最广泛的非病毒载体，广泛应用于细胞转染。本方法增加了独特的自发荧光性能，方便进一步追踪其作用轨迹或细胞标记。
[0011]3、本发明在高温还原聚乙烯亚胺过程中采用乙醇溶液，提高了还原效率，同时为下一步采用柱层析分离提纯提供了基础。
[0012]4、本发明采用柱层析方法对所得产物进行进一步分离提纯，有效去除了制备过程中带入的杂质及多余反应物，同时达到了分离净化的目的。
[0013]5、本发明制备工艺简单，一步即实现了渗氮碳量子点的制备和功能化，易于操作，应用范围广，利于工业化推广。
【附图说明】
[0014]图1实例I制备渗氮碳量子点的光致发光谱和光致发光激发谱。
[0015]图2实例I反应前聚乙烯亚胺(Raw PEI)和反应后渗氮碳量子点(D-PEI)的傅里叶红外光谱。
[0016]图3不同激发波长下实例I制备渗氮碳量子点的光致发光谱。
【具体实施方式】
[0017]根据本发明所述技术方案选取具体实施例进行说明如下:
实施例1:
将200mg的聚乙烯亚胺分散在40ml的乙醇中，充分搅拌，将溶液转移至反应釜中，升温至200°C反应20h，冷却到室温。采用柱层析方法，对产物进行分离提纯，得到在365nm紫外光激发下发黄绿光的渗氮碳量子点，如图1所示(其中，PLE为光致发光激发谱；PL为光致发光谱)。反应前的聚乙烯亚胺和反应后的碳量子点的傅里叶红外光谱如图2所示。制备所得渗氮碳量子点乙醇溶液在紫外光下显示出强的黄绿色荧光，不同激发波长下的光致发光谱如图3所示。其最大激发波长为430nm，此时的最大荧光发射波长为514nm。
[0018]实施例2:
将50mg的聚乙烯亚胺分散在40ml的乙醇中，充分搅拌，将溶液转移至反应釜中，升温至200°C反应20h，冷却到室温。采用柱层析方法，对产物进行分离提纯，得到在365nm紫外光激发下发黄绿光的渗氮碳量子点。
[0019]实施例3:
将10mg的聚乙烯亚胺分散在40ml的乙醇中，充分搅拌，将溶液转移至反应釜中，升温至180°C反应20h，冷却到室温。采用柱层析方法，对产物进行分离提纯，得到在365nm紫外光激发下发黄绿光的渗氮碳量子点。
[0020]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将聚乙烯亚胺分散在乙醇中制成浓度为10-50mg/10ml的溶液，充分搅拌后将溶液转入反应釜中，在180-200°C烘箱内反应20小时，自然冷却，即得到碳量子点原液； 采用梯度柱层析方法对原液进一步提纯，除去多余未分解的聚乙烯亚胺即得到自发荧光的碳量子点。2.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的聚乙烯亚胺为支链化聚乙烯亚胺，其分子式是C2X+4KH5X+1(IKNX+2K且呈胶体。3.根据权利要求1或2所述的一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的乙醇为乙醇质量分数多99.7%的分析纯无水乙醇；所述的反应釜为聚四氟乙稀内衬反应Il。4.根据权利要求1或2所述的一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的梯度柱层析方法使用中性氧化铝或层析用硅胶为固定相，采用乙醇为展开剂。
【专利摘要】本发明公开了一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明采用聚乙烯亚胺为原材料，将其分散在乙醇溶剂中，充分搅拌后在反应釜180-200℃温度下热处理20h，自然冷却，即获得带有自发荧光的分解后的聚乙烯亚胺。本发明提供的方法合成工艺简便，效率高，聚乙烯亚胺既作为碳源亦作为氮源，获得的碳量子点纯度高，且是单分散性、粒径适中，具水溶性，有望应用于LED膜材料、荧光标记、DNA载体、靶向载药颗粒等。
【IPC分类】C09K11/65
【公开号】CN104974750
【申请号】CN201510436822
【发明人】王晓敏, 王菡
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年7月23日