一种荧光掺氮碳纳米材料及其制备方法和应用

本发明属于荧光碳纳米材料，具体涉及一种荧光掺氮碳纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、口腔鳞状细胞癌是最常见的口腔恶性肿瘤病理类型，约占80-90%，是全球癌症死亡的主要原因之一，极大地威胁人类的健康与生活质量，也给社会造成了极大的医疗负担。口腔鳞状细胞癌晚期会导致组织溃烂、缺损，造成语音、咀嚼、吞咽等功能障碍和严重的面部畸形以及颌骨骨折等症状，早期诊断和治疗对于口腔鳞状细胞癌患者来说至关重要。目前，口腔鳞状细胞癌的治疗方式是早期进行手术切除或放射治疗，晚期则是化学药物治疗联合手术和（或）放疗，然而，这些方法在破坏肿瘤组织的同时也会损伤正常组织，带来严重的副作用如组织缺损畸形、呕吐以及各种心理障碍。为了解决这些问题，许多研究人员不断探索新的治疗方式，旨在有效杀死癌细胞的同时对正常组织的损伤降到最低，纳米医学为我们提供了新思路。

2、碳点是一种新型荧光碳质纳米粒子，在过去的十多年中，碳点由于具有精妙的结构和独特的光学性能极大地引起了人们的关注。目前已经有碳点用于生物传感、催化、生物成像和药物递送和肿瘤治疗等方面，并取得了较大的成功。更值得关注的是，碳点的来源也十分丰富，有许多研究已经将许多中药作为碳源合成碳点，既保留了原中药的功效，又在一定程度上提高了原中药的溶解度和稳定性。

3、姜黄素是一种从中药姜黄根茎中提取出来的多酚天然产物，近年来多项体内外研究表明姜黄素具有抗癌、抗炎、抗氧化、抑制淀粉样蛋白聚集的活性。其中，姜黄素的抗癌功效主要表现在可以激活癌细胞中的凋亡途径并促进抑癌过程，同时还可以靶向与癌症治疗的许多信号通路，因此姜黄素的抗癌能力获得了最为广泛的关注和研究。目前，鲜少有研究将姜黄素作为碳源用于制备碳点，而将姜黄素碳点运用于口腔鳞状细胞癌的治疗更是少有报道。因此，迫切需要发明一种在充分利用中药材的同时可以治疗癌症的纳米粒子。

4、聚乙烯亚胺是一种富含氮元素的化合物，已有研究证明可以在碳点结构中添加杂原子，通过改变吸收和发射峰位置并提高荧光量子产率来改善这些纳米材料的荧光特性。有学者发现碳点的光氧化活性、荧光量子产率和氮含量之间存在联系，强调了氮掺杂在提高碳点荧光光敏性能方面的重要性。因此，我们创造性地利用聚乙烯亚胺为氮源，提高姜黄素碳点的荧光性能，为生物成像提供更加有力的工具，同时满足促进口腔鳞状细胞癌凋亡的材料特性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种荧光掺氮碳纳米材料及其制备方法和应用，该碳纳米材料具有良好荧光和抗癌双功能。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种荧光掺氮碳纳米材料，所述碳纳米材料以姜黄素为碳源，聚乙烯亚胺为氮源，结构式如下：

4、。

5、一种荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

6、第一步，在常压条件下，将姜黄素和聚乙烯亚胺溶于超纯水中，充分溶解后，转移至高压反应釜中加热反应，反应结束后，得到掺氮姜黄素碳点溶液；

7、第二步，姜黄素碳点溶液冷却至室温后，离心去除固体颗粒，上清液通过水系微孔过滤膜过滤，得到的棕色溶液透析，透析完成后的液体冷冻干燥，得到的粉末即为固定碳点。

8、进一步地，第一步中所述姜黄素的质量为1-2g，聚乙烯亚胺的质量为1g，超纯水的体积为20ml。

9、进一步地，第一步中所述加热反应的温度为180℃，反应时间为600min。

10、进一步地，第二步中所述离心转速为12000rpm，离心时间为10min。

11、进一步地，第二步中所述透析采用截留量分子为1000 da的透析袋透析时间为24h。

12、进一步地，第二步中所述冷冻干燥温度为-50℃，时间为48h。

13、一种荧光掺氮碳纳米材料应用于荧光成像分析及促进口腔鳞状细胞癌凋亡。

14、本发明的有益效果如下：

15、1. 本发明所提供的碳点制备方案操作简便，原料安全易得，一步水热法即可得到具有良好性能的荧光碳点，并通过控制原料比例及反应条件可以调整碳点的功能。

16、2. 本发明充分利用中国的传统中药材姜黄素作为原料，在碳点中保留姜黄素抑制肿瘤生长的药理活性，并改善了其稳定性与溶解度，拓展了中药材在纳米领域的应用。

17、3. 本发明创造性地在碳点中添加富含氮元素的聚乙烯亚胺，形成氮元素掺杂的红色荧光碳点，提高了碳点的荧光量子产率和荧光性能。

18、4. 本发明提供的方法所制备的双功能碳点，无需进一步处理即可在紫外照射下呈现出明亮荧光，满足生物成像所需的亮度，并且对正常细胞毒性小，适合生物成像使用；

19、5. 本发明提供的方法所制备的双功能碳点，对口腔鳞状细胞癌的抑制效果较好，具备作为新型纳米颗粒治疗癌症探针的潜力，促进肿瘤细胞凋亡的同时结合碳点的荧光标记、成像功能，实现肿瘤的诊疗一体化。

技术特征：

1.一种荧光掺氮碳纳米材料，其特征在于：所述碳纳米材料以姜黄素为碳源，聚乙烯亚胺为氮源，结构式如下：

2.一种如权利要求1所述的荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，其特征在于：第一步中所述姜黄素的质量为1-2g，聚乙烯亚胺的质量为1g，超纯水的体积为20ml。

4.根据权利要求2所述的一种荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，其特征在于：第一步中所述加热反应的温度为180℃，反应时间为600min。

5.根据权利要求2所述的一种荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，其特征在于：第二步中所述离心转速为12000rpm，离心时间为10min。

6.根据权利要求2所述的一种荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，其特征在于：第二步中所述透析采用截留量分子为1000 da的透析袋透析时间为24h。

7.根据权利要求2所述的一种荧光掺氮碳纳米材料的制备方法，其特征在于：第二步中所述冷冻干燥的温度为-50℃，时间为48h。

8.一种如权利要求1所述的荧光掺氮碳纳米材料应用于荧光成像分析及促进口腔鳞状细胞癌凋亡。

技术总结本发明的目的在于提供一种荧光掺氮碳纳米材料及其制备方法和应用，属于荧光碳纳米材料技术领域，该碳点使用中药姜黄素为碳源、聚乙烯亚胺为氮源并以一锅水热法制备而成，得到的棕红色液体经过离心、过滤、透析和冻干后得到棕色粉末即为产品。本发明使用具有药效的中药作为原材料制备碳点，并增加氮元素使其钝化后发出更加明亮的橙色荧光，此外，本发明的这种碳点能够被肿瘤细胞摄取后发出明亮荧光，并且具有良好的口腔肿瘤细胞杀伤能力，在肿瘤治疗方面的应用前景十分广泛。技术研发人员：李冰,赵一帆,孙凌翔,秦丹蕾,闫晶煜,彭虹懿受保护的技术使用者：山西医科大学口腔医院技术研发日：技术公布日：2024/6/13