熒光碳點CDs溶液、CDs-MnO₂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米新材料領(lǐng)域，具體涉及一種熒光碳點CDs溶液、CDs?MnO2復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。所述熒光碳點CDs溶液的制備方法，包括如下步驟：(1)將胖大海芯研磨至粉末，超聲攪拌使其均勻分散到超純水中；(2)將分散好的混合溶液移至反應(yīng)釜中，在100℃～130℃溫度下反應(yīng)1～2小時，所得溶液經(jīng)離心分離除去大顆粒；(3)用透析袋將上清液置于二次水中透析除去大分子糖和其他物質(zhì)，其間頻繁換水；(4)經(jīng)濾膜過濾得熒光碳點CDs溶液。熒光碳點CDs具有良好的生物相容性和穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)，以及合成簡便、綠色無污染、發(fā)光強度高且容易分離等特點。
【專利說明】
熒光碳點CDs溶液、CDs-MnO2復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于納米新材料領(lǐng)域，具體涉及一種熒光碳點CDs溶液、CDs-MnO2復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]CDs作為新型熒光碳納米材料，具有類似量子點優(yōu)良的光致發(fā)光性能，同時具有化學(xué)惰性和良好的生物相容性?；谔键c良好的發(fā)光特性和優(yōu)良的理化性質(zhì):粒徑小、光化學(xué)穩(wěn)定等等，碳點在生物成像和生化分析等多個領(lǐng)域都有顯著地應(yīng)用前景。然而，CDs的制備與應(yīng)用還有一定的挑戰(zhàn)，要求碳來源材料經(jīng)濟，制備方法簡便，制備條件溫和。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有制備方法的不足，提供一種熒光碳點⑶s溶液、⑶S-MnO2復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種熒光碳點⑶s溶液的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)將胖大海芯研磨至粉末，超聲攪拌使其均勻分散到超純水中；
[0007](2)將分散好的混合溶液移至反應(yīng)釜中，在100°C?130°C溫度下反應(yīng)I?2小時，所得溶液經(jīng)離心分離除去大顆粒；
[0008](3)用透析袋將上清液置于二次水中透析除去大分子糖和其他物質(zhì)，其間頻繁換水；
[0009 ] (4)經(jīng)濾膜過濾得熒光碳點⑶s溶液。
[0010]所述胖大海芯用量為Ig?2g，超純水的體積為15?20mL；所述步驟(4)中濾膜過濾時間為20?24小時。
[0011]—種所述制備方法制得的熒光碳點CDs溶液，所述熒光碳點CDs的量子產(chǎn)率為6.0?6.9%，粒徑為5?6nm。
[0012]—種⑶S-MnO2復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0013](a)先將H2O2和羥化四甲胺混合，然后將所得混合液加入到MnCl2.4H20溶液中，產(chǎn)生的深棕色溶液在敞口的容器中攪拌反應(yīng)過夜，經(jīng)離心處理、去離子水和甲醛洗滌、干燥后，所得二氧化錳顆粒分散在水中進行超聲處理，分散物經(jīng)離心處理后得上清液MnO2納米片溶液，保留備用；
[0014](b)將所得MnO2納米片溶液加入到權(quán)利要求1-2任意一項所得⑶s溶液中反應(yīng)。
[0015]所述步驟(a)中先將1mL?15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的H2O2和0.6M羥化四甲胺混合，然后在15s內(nèi)將混合液加入到5mL 0.3M MnCl2.4Η20溶液中，反應(yīng)過夜后離心處理時間為10?15min，干燥溫度為60°C?70°C，最后將10?20mg 二氧化錳顆粒分散在20?40mL的水中超聲處理10?12小時。
[0016]所述步驟(b)中將20yL?40yL的40?60yg/mL MnO2納米片溶液加入到20yL?40yL⑶S溶液中反應(yīng)。
[0017]一種所述制備方法制得的⑶S-MnO2復(fù)合材料，所述熒光碳點⑶s的量子產(chǎn)率為6.0?6.9% ,粒徑為5?6nm，所述Μηθ2納米片是單層結(jié)構(gòu)。
[0018]一種所述的CDs-MnO2復(fù)合材料在熒光生物傳感器中的應(yīng)用，即將其用于檢測堿性磷酸酶ALP。該熒光生物傳感器是利用堿性磷酸酶(ALP)水解AAP產(chǎn)生抗壞血酸(AA)，AA將MnO2納米片還原成Mn2+，使得⑶s遠離MnO2納米片表面，能量共振轉(zhuǎn)移(FRET)減弱，對體系的熒光信號變化進行測定。
[0019]本發(fā)明利用胖大海芯作為碳源采用一步水熱法制備了一種熒光碳點(CDs)，其具有良好的生物相容性和穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)，以及合成簡便、綠色無污染、發(fā)光強度高且容易分離等特點，并且CDs作為能量供體，MnO2納米片作為能量受體，使CDs應(yīng)用于生物體系中ALP的檢測。該檢測線性范圍為11]/1?1001]/1，檢測下限達0.41]/1，相關(guān)系數(shù)為0.973。
[0020]本發(fā)明基于熒光能量共振轉(zhuǎn)移(FRET)原理設(shè)計了一種新型熒光生物傳感器用于靈敏檢測ALP。其中，CDs作為能量供體，MnO2納米片作為能量受體。當(dāng)體系中不存在ALP時，由于靜電作用，使得CDs吸附在MnO2納米片表面，滿足能量共振轉(zhuǎn)移的條件，在CDs的激發(fā)波長下激發(fā)，CDs發(fā)射的熒光被MnO2納米片吸收，顯示為熒光猝滅。當(dāng)體系中加入ALP時，ALP水解AAP產(chǎn)生抗壞血酸(AA)，AA將二氧化錳納米片(MnO2)還原成Mn2+，使得⑶s遠離MnO2納米片表面，能量共振轉(zhuǎn)移消失，對CDs的熒光信號變化進行測定。隨著ALP加入量的增加，不同濃度ALP所對應(yīng)的熒光信號也會隨之發(fā)生變化。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明所述⑶S-Mn02復(fù)合材料制備及應(yīng)用過程的示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實施例所制備材料的透射電鏡圖:(A)CDs;(B)MnO2納米片；
[0023]圖3中A:CDs的紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜;B= MnO2納米片的紫外可見吸收光譜和⑶s的熒光發(fā)射光譜;C:不同濃度MnO2納米片猝滅⑶s熒光譜圖;D:不同濃度MnO2納米片猝滅CDs效率。
[0024]圖4是本發(fā)明實施例3中CDs-MnO2-AAP和ALP在37 V下培養(yǎng)時間的優(yōu)化；
[0025]圖5是本發(fā)明實施例3的不同濃度ALP引起的CDs的熒光強度變化曲線；
[0026]圖6是本發(fā)明實施例制備的熒光傳感器的選擇性對照。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]實施例1:
[0029]剝出Ig胖大海芯，研磨至粉末，分散到體積為20mL的超純水中，超聲攪拌使其分散均勻，將分散好的混合溶液慢慢移至50mL反應(yīng)釜中，將溫度設(shè)置為100°C，反應(yīng)時間為I小時。所得溶液于12000rpm轉(zhuǎn)速下離心20min，離心除去大顆粒；用透析袋將上清液置于二次水中透析除去大分子糖和其他物質(zhì)，其間頻繁換水，最后用濾膜過濾24小時，得熒光碳點；圖2A是其掃描電鏡圖。
[0030] 實施例2:
[0031 ] 將1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的H2O2和0.6M輕化四甲胺混合，然后在15s內(nèi)將混合液加入至1」5!^(0.310的此(:12.4H20溶液中。當(dāng)兩種溶液混合后，溶液立即變成深棕色。產(chǎn)生的深棕色溶液在敞口的容器中攪拌反應(yīng)過夜，期間有大量氧氣產(chǎn)生。反應(yīng)得到的二氧化錳顆粒離心處理lOmin，并用大量的去離子水和甲醛洗滌，接下來在60°C下干燥。為了制備二氧化錳納米片層結(jié)構(gòu)，將上述得到的1mg二氧化錳顆粒分散在20mL的水中超聲10小時。將分散物離心處理，上清液保留備用。最后，將所得的最終濃度為5mg/mL的二氧化錳納米片溶液放置在4°C?8°C下保存待用；圖28是其透射電鏡圖。
[0032]實施例3:
[0033]將20yL 40yg/mL二氧化錳納米片溶液加入到20yL CDs溶液中反應(yīng)15分鐘。Tris-HCl緩沖溶液配置40mM AAP溶液，將40yL AAP溶液與上述制備的CDs-MnO2復(fù)合材料混合。再將20yL不同濃度的ALP溶液加入到上述納米復(fù)合材料中，在370C下反應(yīng)20分鐘，最后進行熒光檢測。
[0034]將上述制得的80yL CDs-MnO2復(fù)合材料和20yL不同濃度的ALP溶液37°C下反應(yīng)20分鐘，記錄熒光強度的變化。
[0035]圖2是本發(fā)明實施例所制備材料的透射電鏡圖，從圖2A可以看出CDs本身為球形，粒徑約為5?6nm;從圖2B可以看出MnO2納米片是單層的片狀結(jié)構(gòu)。
[0036]圖3A:CDs在310nm處有紫外吸收峰，在420nm處有強的藍光發(fā)射。插圖顯示了 CDs分別在白光和紫外燈下的照片。圖3B:Mn02納米片紫外吸收光譜在250-600nm波長處表現(xiàn)出一個寬的頻帶，在370nm處有一個最高峰。MnO2納米片的紫外吸收光譜與CDs的熒光曲線重疊良好，MnO2納米片能夠吸收CDs的能量，兩者之間發(fā)生能量共振轉(zhuǎn)移。圖3C:CDs的熒光強度隨著MnO2納米片濃度的增加而逐漸減小，當(dāng)MnO2納米片的濃度高于40g/mL時，其猝滅效率便趨向平衡。圖3D:當(dāng)MnO2納米片的濃度為40g/mL時，熒光猝滅效率高達96%，這說明MnO2納米片與CDs之間的靜電作用力非常強，同時也能說明MnO2納米片是一種高效的納米猝滅劑。最后得出選用Μηθ2納米片的最佳濃度為40g/mL。
[0037]圖4是本發(fā)明實施例3中CDs-MnO2-AAP和ALP在37°C下培養(yǎng)時間的優(yōu)化。其中，隨著培養(yǎng)時間的延長，ALP對⑶S-MnO2-AAP的熒光恢復(fù)效率增強，當(dāng)時間達到20min時，熒光恢復(fù)效率達到最優(yōu)。
[0038]圖5A是⑶S-MnO2復(fù)合材料制備的熒光傳感器對不同濃度ALP的熒光響應(yīng)曲線，熒光曲線對應(yīng)的濃度是O，I，5，10，20，40，80，100，150，200，300，400，600，800，1000U/L ；圖 5B顯示熒光值隨著ALP的濃度升高而增大?？梢?，該發(fā)明實施例展現(xiàn)的檢測有良好的線性范圍，線性結(jié)果y = 130+8.66C[alp] (U/L)，最低檢測下限為0.4U/L。
[0039]圖6是本發(fā)明實施例制備的熒光生物傳感器的選擇性對照，為了證明本發(fā)明實施例制備的熒光傳感器對ALP的選擇性，設(shè)計了 2種對照組，20U/L的ALP和200nM的干擾物質(zhì)下分別存在和混合存在的情況下測定ALP的熒光值變化。結(jié)果表明，體系只有在ALP存在下才會升高，其他各種干擾物質(zhì)不會影響熒光值的變化，證明了本發(fā)明實施例對ALP的選擇性。
[0040]為了評估熒光傳感器的臨床應(yīng)用潛能，在人血清中對ALP進行了檢測，不同濃度的ALP加入到人血清樣本中，運用所述熒光傳感器檢測，該傳感器測得的樣品回收率為89.6%?98.4%，結(jié)果令人滿意。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種熒光碳點CDs溶液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將胖大海芯研磨至粉末，超聲攪拌使其均勻分散到超純水中； (2)將分散好的混合溶液移至反應(yīng)釜中，在100°C?130°C溫度下反應(yīng)I?2小時，所得溶液經(jīng)離心分離除去大顆粒； (3)用透析袋將上清液置于二次水中透析除去大分子糖和其他物質(zhì)，其間頻繁換水； (4)經(jīng)濾膜過濾得熒光碳點⑶s溶液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光碳點CDs溶液的制備方法，其特征在于，所述胖大海芯用量為Ig?2g，超純水的體積為15?20mL;所述步驟(4)中濾膜過濾時間為20?24小時。3.—種如權(quán)利要求1-2任意一項所述制備方法制得的熒光碳點CDs溶液，其特征在于，所述熒光碳點⑶s的量子產(chǎn)率為6.0?6.9%,粒徑為5?6nm。4.一種⑶s-Mn02復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (a)先將H2O2和羥化四甲胺混合，然后將所得混合液加入到MnCl2.4H20溶液中，產(chǎn)生的深棕色溶液在敞口的容器中攪拌反應(yīng)過夜，經(jīng)離心處理、去離子水和甲醛洗滌、干燥后，所得二氧化錳顆粒分散在水中進行超聲處理，分散物經(jīng)離心處理后得上清液MnO2納米片溶液，保留備用； (b)將所得MnO2納米片溶液加入到權(quán)利要求1-2任意一項所得⑶s溶液中反應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述CDs-Mn02復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(a)中先將1mL?15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的H2O2和0.6M輕化四甲胺混合，然后在15s內(nèi)將混合液加入到5mL0.3M MnCl2.4H20溶液中，反應(yīng)過夜后離心處理時間為10?15min，干燥溫度為60°C?70°C，最后將10?20mg 二氧化錳顆粒分散在20?40mL的水中超聲處理10?12小時。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述CDs-MnO2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(b)中將20yL?40yL的40?60yg/mL MnO2納米片溶液加入到20yL?40yL CDs溶液中反應(yīng)。7.—種如權(quán)利要求4-6任意一項所述制備方法制得的CDs-Mn02復(fù)合材料，其特征在于，所述熒光碳點⑶s的量子產(chǎn)率為6.0?6.9%，粒徑為5?6nm，所述MnO2納米片是單層結(jié)構(gòu)。8.一種如權(quán)利要求7所述的CDs-MnO2復(fù)合材料在熒光生物傳感器中的應(yīng)用。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的CDs-MnO2復(fù)合材料在熒光生物傳感器中的應(yīng)用，其特征在于，將其用于檢測堿性磷酸酶ALP。
【文檔編號】C01B31/02GK105838365SQ201610300884
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】渠鳳麗, 裴海盟, 趙巖, 張小賓
【申請人】曲阜師范大學(xué)