本发明属于发光材料，具体涉及一种红光碳量子点及其制备方法和应用。
背景技术：
1、在现代科学研究和工业应用中，荧光材料的制备和应用已经成为一个受到密切关注的领域。荧光材料广泛应用于生命科学、生物医学、光电子学、材料科学等多个领域，其中纳米荧光材料，例如碳量子点，因其独特的性质备受瞩目。
2、碳量子点简称“碳点”，是一种由碳原子组成的纳米颗粒，其尺寸通常在1-10nm之间。碳量子点具有许多引人注目的特性，包括高荧光强度、良好的光稳定性、可调控的发光波长、良好的生物相容性。碳量子点的制备方法包括高温水热法、高温溶剂热法、微波合成法、激光剥离法、热解法、酸回流法等，是较为剧烈的化学物理过程。传统的碳量子点的制备涉及不环保的材料和方法，例如高温条件、有机溶剂、含有重金属离子的前体物质等，有机溶剂的使用可能导致挥发性有机化合物(vocs)的排放，可能导致环境污染问题，不符合环保要求；使用有害的前体物质可能带来安全和健康风险，不利于规模化应用；此外，传统制备中还会带来较为复杂的废弃物处理和废水排放问题。而且，现有的制备方法得到的碳量子点的有效共轭区域小，主要发光集中于400-550nm的蓝绿光区间，能够满足生物成像应用所需求的红光和近红外发射的碳量子点较为稀少。
3、在制备红光碳量子点的过程中，传统的方法主要依赖于有机和无机光转换剂。例如cn109385276a公开了一种红光碳量子点材料的制备方法，包括如下步骤：将tapa化合物(4,4',4”-三氨基三苯胺化合物)分散于溶剂中得到浓度为1-5mm的分散液；在分散液中加入引发剂和酸催化剂，使tapa化合物与引发剂的摩尔浓度比为1:5-2:1，且酸催化剂的浓度为2.5-250mm，得到反应液；将反应液封装于反应釜中，在80-200℃下反应2-24h，得到含有红光碳量子点的粗产物；对粗产物进行提纯和干燥，得到红光碳量子点材料。cn111847424a公开的红光碳量子点的制备方法包括：(1)将含羟基醌类化合物与含酰胺基化合物加入溶剂中，分散均匀，得到前驱体溶液；加入催化剂，放到超声波清洗机中进行超声处理，得到反应液；其中，催化剂包括无机酸与有机酸；(2)将步骤(1)得到的反应液封装于高压反应釜中升温，80-240℃进行溶剂热反应，得到含有红光碳量子点的粗产物；(3)对步骤(2)得到的粗产物进行提纯和干燥，得到红光碳量子点材料。
4、尽管依赖于有机和无机光转换剂的方法在某些应用中取得了成功，但也存在一些明显的局限性，例如反应条件苛刻，且需要采用酸等具有腐蚀性和危险性的试剂。此外，有机光转换剂通常包括染料类化合物和由有机配体与稀土元素络合形成的有机金属配合物；这些化合物通常具有良好的发光性能，但其稳定性较差，容易在长时间光照下发生氧化分解，导致光衰减现象。而且，有机光转换剂在制备过程中可能需要使用大量有机溶剂，这可能导致有机溶剂挥发和环境污染问题。无机光转换剂多采用稀土离子或重金属离子掺杂的无机化合物，其发光性能通常较好，例如，eu2+掺杂的材料可以发射红光。然而，无机光转换剂常常涉及使用含有重金属或硫化物的前体物质，这可能带来环境污染和安全风险。此外，无机光转换剂在一些应用中可能不够生物相容，限制了其在生物医学和环境领域的应用。尤其在生物医学应用，例如细胞成像、细胞毒性评估和动物成像等领域，对于材料的生物相容性要求极高。有机溶剂残留、重金属离子和化学副产物可能对细胞和组织产生不利影响，限制了这些应用的发展；这些问题也对环境中的生态系统和生物多样性构成威胁，对可持续发展产生不利影响。此外，现有方法通常使用的原料来自非可再生资源，不符合可持续发展的原则，可能导致资源的过度开采和耗竭，对生态系统和生态平衡产生不利影响；不可持续的制备方法也难以应对未来对环保性能更高的新材料的需求，这对于应对气候变化和减少碳足迹至关重要。
5、综上所述，传统的红光碳量子点的制备依赖于有机和无机光转换剂，存在着稳定性差、环境污染、有机溶剂依赖、生物相容性、不可持续等问题，而且反应条件比较苛刻。因此，本领域亟需开发一种更环保、可持续、简单易行的方法来制备红光碳量子点，以满足对环境友好性和生物相容性的需求，并为广泛的应用领域提供更好的材料选择。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种红光碳量子点及其制备方法和应用，所述制备方法以天然物质为原料，工艺简单，条件温和，且无需使用有机溶剂，具有环保、绿色和可持续的特点，能够得到高质量、高纯度和发光性能优异的红光碳量子点。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种红光碳量子点的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、将包含蓝藻和水的混合物置于50-75℃条件下进行反应，得到粗产物；
5、去除所述粗产物中的固体，将得到的液相进行纯化，得到所述红光碳量子点。
6、本发明使用蓝藻这一天然深海物质作为原材料，与传统合成材料相比，更加环保和可持续；所述制备方法在50-75℃的温和条件下即可制备出红光碳量子点，显著降低了碳量子点在制备过程对环境的不良影响。所述制备方法突破了传统合成化学方法的限制，工艺简单，条件温和，无需使用有机溶剂，成本低，实现了红光碳量子点的高效、环保、可持续和绿色制备，解决了目前化学合成方法可能涉及的有机溶剂和有害废弃物、以及生物制备方法存在产量、效率和生物材料可用性等方面的限制问题；同时，所述制备方法的天然物质特性使其更适合与生物体和环境互动，有望推动红光碳量子点技术的发展和广泛应用。所述制备方法得到的红光碳量子点的质量和纯度高，具有优良的发光性能和稳定性，有望在生物医学和生态学领域中发挥独特作用。
7、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。
8、本发明中，所述反应的温度为50-75℃，例如可以为52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃或74℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选50-70℃。
9、本发明中，所述蓝藻为本领域已知的天然蓝藻，包括球藻、念珠藻、颤藻中的任意一种或至少两种的组合。
10、优选地，所述混合物中的蓝藻为经过洗涤的蓝藻。
11、优选地，所述洗涤的方法包括：将蓝藻与水混合后进行离心，弃上清液，收集固相，完成一次洗涤；所述洗涤的次数为1-5次，例如可以为1次、2次、3次、4次、5次；通过洗涤以确保蓝藻表面的杂质被有效去除，提高原材料的洁净度和纯度，进而提高制备得到的红光碳量子点的质量和纯度。
12、优选地，所述洗涤的过程中，以蓝藻的质量为1g计，所述水的体积为2-20ml，例如可以为3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml、10ml、11ml、12ml、13ml、14ml、15ml、16ml、17ml、18ml或19ml，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
13、优选地，所述离心的转速为5000-15000r/min，例如可以为6000r/min、8000r/min、9000r/min、10000r/min、11000r/min、12000r/min、13000r/min或14000r/min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选8000-12000r/min。
14、单位“r/min”为“转/分钟”。
15、优选地，所述离心的时间为5-30min，例如可以为6min、8min、10min、12min、15min、18min、20min、22min、25min或28min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选10-20min。
16、优选地，所述混合物中，以所述蓝藻的质量为1g计，所述水的体积为2-20ml，例如可以为3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml、10ml、11ml、12ml、13ml、14ml、15ml、16ml、17ml、18ml或19ml，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
17、优选地，所述包含蓝藻和水的混合物置于水热反应釜中进行反应；使用水热反应釜制备，提高了重现性，并降低了制备成本。
18、优选地，所述反应的时间为10-24h，例如可以为11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h或23h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
19、作为本发明的优选技术方案，所述反应的温度为50-75℃，优选50-70℃，时间为10-24h，从而促使蓝藻发生所需的化学变化，以制备红光碳量子点；通过反应温度和时间的设计和优化，可以获得具有优异发光性能和稳定性的红光碳量子点；如果反应温度＜50℃，则无法有效地促进化学变化的发生，也无法获得红光碳量子点；如果反应温度＞75℃，则生成的量子点不具有红色荧光特性。
20、优选地，去除所述粗产物中的固体的方法包括：将所述粗产物进行离心，弃沉淀，保留液相。
21、优选地，所述离心的转速为5000-15000r/min，例如可以为6000r/min、8000r/min、9000r/min、10000r/min、11000r/min、12000r/min、13000r/min或14000r/min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选8000-12000r/min。
22、优选地，所述离心的时间为5-20min，例如可以为6min、8min、10min、12min、15min或18min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
23、作为本发明的优选技术方案，采用离心的方法去除沉淀物(固体)，分离出上清液(液相)，从而分离出制备的红光碳量子点。
24、优选地，所述纯化的方法包括：将液相进行过滤，得到包含所述红光碳量子点的水溶液。所述过滤以去除任何残留的颗粒或杂质，确保最终的溶液中只包含红光碳量子点。
25、优选地，所述过滤所用的过滤膜孔径≤0.5μm，例如可以为0.1μm、0.12μm、0.15μm、0.18μm、0.2μm、0.22μm、0.25μm、0.28μm、0.3μm、0.32μm、0.35μm、0.38μm、0.4μm、0.42μm、0.45μm或0.48μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选0.22μm的过滤膜。
26、优选地，所述纯化后还包括可选地干燥的步骤，以去除水，得到红光碳量子点的粉末。
27、优选地，所述制备方法包括如下步骤：
28、将蓝藻与水混合后进行离心，弃上清液，收集固相，完成一次洗涤；所述洗涤的次数为1-5次，得到洁净蓝藻；
29、将所述洁净蓝藻和水的混合物置于水热反应釜中，于50-75℃条件下反应10-24h，得到粗产物；所述混合物中以蓝藻的质量为1g计，所述水的体积为2-20ml；
30、将所述粗产物以转速5000-15000r/min离心5-20min，弃沉淀，保留液相；将所述液相通过孔径≤0.5μm的过滤膜进行过滤，得到包含所述红光碳量子点的水溶液。
31、所述红光碳量子点的水溶液经过可选地干燥的步骤，以获得红光碳量子点的粉末。
32、第二方面，本发明提供一种红光碳量子点，所述红光碳量子点采用如第一方面所述的制备方法制备得到。
33、优选地，所述红光碳量子点的粒径为1-20nm，例如可以为2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm或19nm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选1-10nm，更进一步优选1-6nm。
34、本发明制备得到的红光碳量子点具有优良的光学性能和应用广度，能够应用于细胞成像、细胞毒性评估、动物成像、环境监测、生态学研究等领域中，将有助于满足日益增长的环保和可持续发展的需求，同时推动碳量子点技术的创新和发展，减少碳足迹，保护生态系统的完整性。
35、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的制备方法制备得到的红光碳量子点、如第二方面所述的红光碳量子点在成像剂、生物标记物、造影剂、荧光探针、荧光油墨或光电子器件中的应用。
36、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
37、本发明提供的红光碳量子点的制备方法以天然物质蓝藻为原料，工艺过程简单，条件温和，无需使用有机溶剂，成本低，实现红光碳量子点的高效、环保、可持续和绿色制备。本发明制备得到的红光碳量子点的质量和纯度高，具有优良的发光性能和稳定性，生物相容性好，在细胞成像、细胞毒性、动物成像等领域具有广泛应用潜力。本发明的制备方法和得到的红光碳量子点在环保性、可持续性、成本效益、光学性能和广泛应用潜力等方面均表现出明显的优势，具备了广泛的市场竞争优势和商业潜力。
1.一种红光碳量子点的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中的蓝藻为经过洗涤的蓝藻；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以所述蓝藻的质量为1g计，所述水的体积为2-20ml。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述包含蓝藻和水的混合物置于水热反应釜中进行反应。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为50-70℃；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，去除所述粗产物中的固体的方法包括：将所述粗产物进行离心，弃沉淀，保留液相；
7.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纯化的方法包括：将液相进行过滤，得到包含所述红光碳量子点的水溶液；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
9.一种红光碳量子点，其特征在于，所述红光碳量子点采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到；
10.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的红光碳量子点、如权利要求9所述的红光碳量子点在成像剂、生物标记物、造影剂、荧光探针、荧光油墨或光电子器件中的应用。
