一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备及脲酶活性的测定制造技术

本发明专利技术公开了一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备及脲酶活性的测定，制备方法包括：将碳源化合物和硫源化合物进行水热反应，再加入氮源化合物，得到具有pH响应的石墨烯量子点。本发明专利技术所述的制备方法步骤简单，使用的是常见的源材料，成本低，产率高，杂质少，因此，有利于石墨烯量子点的推广应用。本发明专利技术的N、S共掺杂石墨烯量子点结构稳定，表面富含基团，具有良好的荧光性能，在pH=3‑9之间有良好的线性。因脲酶水解尿素会生成OH

Preparation of N sensitive and pH sensitive S doped graphene quantum dots and determination of urease activity

Determination of activity of urease and preparation of the invention discloses a pH sensitive response of N and S Co doped graphene quantum dots preparation, the preparation method comprises the steps of carbon compounds and sulfur compounds were the source of hydrothermal reaction, adding nitrogen compounds, with gqds pH response. The preparation method of the invention has simple steps and is used as a common source material. The utility model has the advantages of low cost, high yield and little impurity, so that the utility model is beneficial to the popularization and application of the graphene quantum dots. The invention of the N and S Co doped graphene quantum dot structure stable, rich surface groups, with good fluorescence properties, the pH=3 has good linear relationship between the 9. Urea can produce OH because of urease hydrolysis

【技术实现步骤摘要】
一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备及脲酶活性的测定
本专利技术涉及碳纳米材料的制备领域，具体地，涉及一种N、S共掺杂石墨烯量子点的制备方法及其在脲酶活性检测中的应用。
技术介绍
（1）石墨烯量子点（GrapheneQuantumDots，GQDs），作为一种新型零维碳纳米材料，由于量子限域和尺寸、边缘效应，石墨烯量子点具有许多奇特的光学性质：很强的光致发光特性以及可以根据量子点的尺寸和元素组成对其颜色的可调控性；又具有极其窄且对称的PL发射。同时具有良好的生物相容性，低细胞毒性，环境友好，制备成本低。由于GQDs的光学性质，可应用于体内小分子物质和阴（阳）离子等的检测、生物成像、药物运输以及药物示踪等方面，而且基于GQDs的检测具有高选择性，特异性，干扰小等优点。（2）目前制备石墨烯量子点的主要方法是自上而下和自下而上两类方法。前者是指利用物理或化学方法将大块的含碳物质分解直至纳米尺度，包括电弧放电法、激光刻蚀法、电化学合成法等；后者是指主要利用化学合成方法，将前体小分子缩合成量子点，包括燃烧水热法、模板法、微波法等水热法。但是许多方法都无法避免原料获取困难，设备昂贵，操作麻烦耗时，工艺繁琐，成品率低等因素影响，从而限制了石墨烯量子点的广泛应用。（3）近年来，研究者发现将石墨烯量子点经化学掺杂异原子后，石墨烯量子点共轭平面的电荷密度和带宽能隙可得到有效调节，从而改变电子的流动密度和跃迁方式，进而实现对荧光量子产率、光学性质、反应活性、催化性能等的调节，从而拓展石墨烯量子点的应用。目前对石墨烯量子点的掺杂主要是B、P、N、S等单种或多种异元素掺杂的方式。（4）脲酶存在于大多数细菌、真菌和高等植物里，它是一种酰胺酶、能促进有机物质分子中酶键的水解。根据土壤脲酶活性可以表征土壤的氮素状况，反映土壤中各种生物化学过程的强度和方向，对改善土壤生态环境，提高土壤肥力有重要意义。脲酶还广泛存在食物当中，检测脲酶活性对食品安全有重要的意义。细菌脲酶的存在通常会导致人体许多疾病的发生，如肝性脑病、组织感染和胃溃疡等，故脲酶的活性检测为我们提供医学疾病诊断和治疗的基础。然后，很多文献报道的是脲酶的定性检测，或者在测定过程中酶的活性破坏或降低，过程也是比较繁琐。（5）因此，提供一种操作简便、灵敏度高，能有效测得脲酶活性的石墨烯量子点及其制备方法是本专利技术亟需解决的问题。
技术实现思路
（1）针对现有技术不足，本专利技术的目的是通过两步加热熔融制得一种新的N、S共掺杂石墨烯量子点，该物质具有激发波长不依赖性，pH敏感性，对小分子具有高选择性和干扰小等优点。（2）为了实现上述目的，本专利技术所述的一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将碳源化合物和含氮、硫元素的氮硫源化合物进行第一步加热熔融反应，之后加入另一种氮源化合物进行第二步反应，反应后的混合物待自然冷却后加入一定体积的丙酮溶液，待白色沉淀析出后，离心获得白色沉淀利用截留分子量为2000Da的透析膜透析上述的白色沉淀得到N、S共掺杂石墨烯量子点，即为具有pH响应的石墨烯量子点。所述碳源化合物至少有一种选自柠檬酸、苹果酸。所述氮硫源化合物为谷胱甘肽，所述另一种氮源化合物为多乙烯多胺。所述碳源化合物、含氮、硫元素的氮硫源化合物和另一种氮源化合物之间的比例是2:0.6:10。所述混合物的第一步加热温度为140-170℃，反应时间为15-25min。所述混合物的第二步加热温度为180-200℃，反应时间为0.5-1h。本专利技术还包括对截留得到的N、S共掺杂石墨烯量子点进行冷冻干燥。本专利技术上述的制备方法得到的N、S共掺杂石墨烯量子点。本专利技术所述的一种脲酶活性的检测方法，通过荧光分光光度法进行脲酶浓度的检测，其特征在于，所述荧光分光光度法中使用的溶剂由缓冲溶液、尿素和权利要求8所述的N、S共掺杂石墨烯量子点混合而成。通过所述荧光分光光度法绘制的吸收光谱曲线方程为：y=-0.2788x+485.57，y为荧光强度；x为脲酶活性浓度，最低检测限（LOD）=2.5U/L；所述溶剂中各组分的含量为：尿素的浓度为0.5mol/L，缓冲溶液的浓度为0.003mol/L，且所述缓冲溶液的pH为6.0。具体地说，本专利技术提供了一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将碳源化合物和含氮、硫元素化合物进行第一步加热熔融反应，再加入多乙烯多胺，得到具有pH响应的石墨烯量子点。其中，原料获取简单，对生产设备要求低，具有一定工业化生产要求。（3）反应得到的石墨烯量子点溶液待自然冷却后加入一定体积的丙酮溶液，待白色沉淀析出后，离心得到淡黄色的石墨烯量子点固体。（4）制备得到的N、S共掺杂石墨烯量子点溶液可能存在粒径分布较宽的特点，为获得具有较窄荧光发射的N、S共掺杂石墨烯量子点，需要对反应产物进行尺寸分级。作为优选，利用截留分子量为2000Da的透析膜对N、S共掺杂石墨烯量子点进行透析。（5）产物透析提纯方法为：反应产物经截留分子量为2000Da的透析袋充分透析3天，每隔6h换水，透析袋内溶液即为N、S共掺杂石墨烯量子点溶液。经3天透析进行尺寸截留的N、S共掺杂石墨烯量子点具有相对均一的粒径分布。（6）作为优选，本专利技术的制备方法还包括对透析截留得到的N、S共掺杂石墨烯量子点进行冷冻干燥。（7）本专利技术还提供了一种根据上述所述的制备方法制得的石墨烯量子点。（8）本专利技术制备方法合成的N、S共掺杂石墨烯量子点具有单层结构，尺寸粒径约为6nm。在365nm紫外光照射下发射蓝色荧光，且该发光为激发波长不依赖的荧光发射。当用290—390nm激发波长进行激发时，荧光最大发射峰位置几乎不发生变化，这说明本专利技术方法合成的N、S共掺杂石墨烯量子点质量高、具有均一的发光性质。（9）针对上述现有技术，本专利技术的目的在于克服现有技术中脲酶活性侧重于定性检测，或者在测定过程中酶的活性容易被破坏或降低，过程也是比较繁琐的问题，提供一种操作简便、灵敏度高，能有效测得脲酶活性的石墨烯量子点及其制备方法。（10）为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种脲酶活性的定量检测方法，通过荧光分光光度法进行脲酶活性的检测，其特征在于，所述荧光分光光度法中的溶剂通过缓冲溶液、尿素和根据上述所述的石墨烯量子点混合而成。（11）本专利技术的有益效果是，本专利技术将碳源化合物和氮、硫源化合物进行两步加热反应，得到具有pH响应的石墨烯量子点，同时脲酶水解尿素会生成OH-和NH4+，使得整个体系中pH值升高，进而通过该石墨烯量子点的pH敏感性测定其荧光强度的变化程度，用于脲酶活性的检测获得了良好的效果，操作方便，灵敏度高，并且脲酶的最低检出限可达到2.5U/L。（12）本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1a是N、S共掺杂石墨烯量子点的紫外光谱图；图1b是N、S共掺杂石墨烯量子点的荧光光谱图；图2是N、S共掺杂石墨烯量子点290nm到390nm激发波长下得到的发射光谱(EM290,EM300,EM310,EM320,EM330,EM340,EM35本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将碳源化合物和含氮、硫元素的氮硫源化合物进行第一步加热熔融反应，之后加入另一种氮源化合物进行第二步反应，反应后的混合物待自然冷却后加入一定体积的丙酮溶液，待白色沉淀析出后，离心获得白色沉淀利用截留分子量为2000 Da的透析膜透析上述的白色沉淀得到N、S共掺杂石墨烯量子点，即为具有pH响应的石墨烯量子点。

【技术特征摘要】
1.一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将碳源化合物和含氮、硫元素的氮硫源化合物进行第一步加热熔融反应，之后加入另一种氮源化合物进行第二步反应，反应后的混合物待自然冷却后加入一定体积的丙酮溶液，待白色沉淀析出后，离心获得白色沉淀利用截留分子量为2000Da的透析膜透析上述的白色沉淀得到N、S共掺杂石墨烯量子点，即为具有pH响应的石墨烯量子点。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源化合物至少有一种选自柠檬酸、苹果酸。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮硫源化合物为谷胱甘肽，所述另一种氮源化合物为多乙烯多胺。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳源化合物、含氮、硫元素的氮硫源化合物和另一种氮源化合物之间的比例是2:0.6:10。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合物的第一步加热温度为140-170℃，反应时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁少煌，林新华，黄丽英，潘清清，郭茹彬，
申请(专利权)人：福建医科大学，
类型：发明
国别省市：福建,35