一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法及其应用，一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法，主要包括以下步骤：（1）采用高温煅烧法制备碳量子点溶液；（2）取不同浓度的谷胱甘肽与钝化剂1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳二亚胺混合5~30 min，接着加入到碳量子点溶液中反应10~30 min，然后进行荧光分析；（3）记录钝化后碳量子点溶液在360 nm激发波长下的荧光光谱图，分析不同浓度谷胱甘肽下钝化后碳量子点溶液荧光强度的变化。本发明专利技术提出了一种新型的利用钝化碳量子点的用于检测谷胱甘肽的荧光分析方法。且方法制备过程环保、快速、简便，不需要过于复杂的仪器，是一种兼具便捷性和实际应用前景的谷胱甘肽检测方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及属于新型功能材料、生物小分子分析新领域，尤其涉及一种基于钝化碳量子点荧光分析方法，及其在血清、化妆品、水果中谷胱甘肽检测的应用。
技术介绍
谷胱甘肽在生命体的各种新陈代谢过程中扮演着重要的角色，它们在人体中的含量跟许多疾病息息相关，因此，对生命体中谷胱甘肽进行定性定量检测具有非常重要的意义。因此，研究生命体中谷胱甘肽的检测方法显得尤为重要。目前用于检测谷胱甘肽的方法主要有：质谱、高效液相色谱、电化学、荧光分析等其中，质谱与色谱方法虽然有较高的灵敏度，检测速度快，分析时间短的优点，但检测程序复杂，需要专业的人才可以操作。电化学方法需要在电极上对巯基化合物进行电化氧化处理，其过程复杂，耗时较长，需要很大的过电压，将其应用于活细胞中，实现定位和定时检测目标物还有待进一步研究，难度较大。荧光分析法除具有灵敏度高，简单方便等优点外，还具有一个显著的优势就是可以实现对细胞内谷胱甘肽的检测。近年来，半导体量子点（CdTe/CdSe等）以其出色的光学性质得到了研究者们广泛的关注。目前，人们已经利用量子点设计了许多可以检测金属离子、非金属离子，有机小分子以及与生命相关物质的荧光传感器。但CdTe/CdSe等量子点合成过程对实验操作人员有一定危害，同时CdTe/CdSe等量子点都含有有毒的重金属，生物相容性差。作为一种新型碳纳米材料，碳量子点的光致发光机制现在还没有确定的解释。Sun等将碳量子点的光致发光特性归因于表面能量陷阱，从而解释了表面钝化剂对碳量子点荧光性能增强的原因。Pang等的研究发现，碳量子点的粒径差异也导致了其荧光性能的不同，而碳量子点的表面缺陷则没有相应的影响。但在后来的研究中，Pang等以碳纤维为碳源，采用电化学法，氧化碳纤维通过控制电压制备了不同粒径的碳量子点。碳量子点的性能测试显示，碳量子点的粒径对其荧光性能几乎没有影响，而碳量子点的表面状态对其性能影响显著。控制氧化电压造成最终的碳量子点具有不同的表面状态（缺陷），而碳量子点表面状态的不同又引起了荧光性能的差异。Chen等则通过研究推测，光致发光现象可能是由碳量子点的微观表面缺陷、电子能级结构以及量子限域效应等综合作用的结果。虽然碳量子点的发光机制尚没有明确，但大量研究显示，表面经有机物钝化处理后，碳量子点的荧光性能确实可以大大提高。因此整体来看，碳量子点的光致发光现象可能不仅取决于碳量子点的粒径情况，更与碳量子点的表面钝化状态（表面缺陷）紧密相关。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法及其应用，以克服现有量子点合成过程对实验操作人员有一定危害，且含有有毒的重金属及生物相容性差等问题。本专利技术采用的技术方案是：一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法，主要包括以下步骤：（1）采用高温煅烧法制备碳量子点溶液；（2）取不同浓度的谷胱甘肽与钝化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)混合5~30 min，接着加入碳量子点溶液中反应10~30 min，然后进行荧光分析；（3）记录钝化后碳量子点溶液在360nm激发波长下的荧光光谱图，分析不同浓度谷胱甘肽下钝化后碳量子点溶液荧光强度的变化。高温煅烧法制备的碳量子点表面基团较少，荧光量子产率较低。与其他方法合成出来的碳量子点相比无优势，在发光性质上甚至是劣势。但是其在EDC钝化后荧光量子产率能达到41.1%，比大部分用其他方法合成出来的碳量子点荧光产率高。进一步的，步骤（1）所述高温煅烧法制备碳量子点溶液主要包括：在180~220℃马弗炉中对柠檬酸进行高温煅烧20~45 min，将得到的淡黄色液体冷却至室温；再用碱性试剂溶解，将pH调至中性。直接高温煅烧柠檬酸得到的碳量子点pH为1左右。进一步的，所述碱性试剂为NaOH或者KOH。用NaOH或者KOH是为了调pH至中性，同时不引入其他可能会有影响的干扰离子。进一步的，每10 μL 0.03~0.05 mg mL-1碳量子点溶液，添加100 μL 200 mmol L-1钝化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺。进一步的，所述荧光分析的条件为pH为7.0~7.8。EDC在pH为7.0~7.8环境下钝化碳量子点，效果较好。进一步的，所述谷胱甘肽、所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺均用pH为7.0~7.8的10 mmol L-1 PBS缓冲溶液配制。进一步的，所述NaOH或KOH的浓度为50~200 mg mL-1。进一步的，所述碳量子点的粒径分布为2.0~5.0 nm。一种上述荧光分析方法的应用，用于在血清、化妆品或水果中检测谷胱甘肽。不同于以往其他荧光分析法通过猝灭基团猝灭发光基团或者荧光共振能量转移的方式来构建荧光传感器。本专利技术发现一种通过高温煅烧柠檬酸得到的碳量子点可以通过EDC的钝化来提高其荧光强。EDC引入碳量子点表面，促进了碳量子点的表面能的陷阱发射，进而提高了碳量子点的荧光强度。于是设计了一种通过混合谷胱甘肽与EDC使部分EDC与谷胱甘肽结合，剩余的EDC参与钝化碳量子点的方案，使碳量子点溶液的荧光强度与谷胱甘肽的浓度呈一定的线性关系来定量谷胱甘肽的浓度。EDC钝化碳量子点以后，荧光强度增大。此时再加入谷胱甘肽对碳量子点的荧光强度并无影响。因为碳量子点的表面钝化已经完成。与现有技术相比，本专利技术提出了一种新型的利用钝化碳量子点的用于检测谷胱甘肽的荧光分析方法。而与其它检测方法相比，本专利技术的方法制备过程环保、快速、简便，不需要过于复杂的仪器，是一种兼具便捷性和实际应用前景谷胱甘肽检测方法。本专利技术中1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺钝化后的碳量子点的荧光强度显著增大。荧光量子产率从0.8%增加至41.1%（以硫酸奎宁为标准参考物质）。实现了高灵敏度检测，所测试得到的线性范围为1.0~50 μmol L-1，检测限为0.943 μmol L-1。附图说明图1为本专利技术的荧光分析方法的过程示意图；图2为实施例1合成的碳量子点的高分辨透射电镜图；图3为实施例1合成的碳量子点在不同激发波长（320~400 nm）下得到的荧光光谱图；图4为实施例1中为不同的pH环境下对EDC钝化碳量子点的影响；图5为实施例1中本专利技术方法检测机理的紫外可见光谱表征图；图6为实施例1中不同浓度谷胱甘肽与200 mmol L-1 EDC混合反应后加入碳量子点溶液后的荧光光谱图；图7为实施例1中不同浓度谷胱甘肽与荧光强度变化比率的线性关系；图8为干扰物质对实施例1中构建的基于钝化碳量子点的荧光分析方法检测谷胱甘肽的影响。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。实施例1一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法过程如图1所示，主要包括以下步骤：1）碳量子点的制备。称取2 g柠檬酸固体，倒入15 mL的带盖小烧杯中。然后将小烧杯放置在220℃马弗炉加热。20分钟后，柠檬酸由固体变成浅黄色的液体，将小烧杯从马弗炉中取出，冷却至室温。此时小烧杯中的浅黄色液体凝固。向小烧杯中加入2mL NaOH (200 mg mL-1)，在磁力搅拌下溶解完全后加入8 mL NaOH (200 mg mL-1)混合均匀。最后将得到10 mL pH≈7碳量子点溶液储存在4℃冰箱中待用。得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（1）采用高温煅烧法制备碳量子点溶液；（2）取不同浓度的谷胱甘肽与钝化剂1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳二亚胺混合5~30 min，接着加入碳量子点溶液中反应10~30 min，然后进行荧光分析；（3）记录钝化后碳量子点溶液在360nm激发波长下的荧光光谱图，分析不同浓度谷胱甘肽下钝化后碳量子点溶液荧光强度的变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于钝化碳量子点的荧光分析方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（1）采用高温煅烧法制备碳量子点溶液；（2）取不同浓度的谷胱甘肽与钝化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺混合5~30 min，接着加入碳量子点溶液中反应10~30 min，然后进行荧光分析；（3）记录钝化后碳量子点溶液在360nm激发波长下的荧光光谱图，分析不同浓度谷胱甘肽下钝化后碳量子点溶液荧光强度的变化。2.根据权利要求1所述荧光分析方法，其特征在于，步骤（1）所述高温煅烧法制备碳量子点溶液主要包括：在180~220℃马弗炉中对柠檬酸进行高温煅烧20~45 min，将得到的淡黄色液体冷却至室温；再用碱性试剂溶解，将pH调至中性。3.根据权利要求2所述荧光分析方法，其特征在于，所述碱性试剂为NaOH或者KOH。4. 根据权利要求1所述荧光分析方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建英，潘家宏，徐宁，郑伟光，韩飞，姚庆伟，
申请(专利权)人：广东省汕头市质量计量监督检测所，
类型：发明
国别省市：广东;44