一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法及其在选择性识别铜离子中的应用技术

本发明专利技术公开了一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法及其在选择性识别铜离子中的应用，属于铜离子荧光探针技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法，首先通过异硫氰酸丁酯和水合肼发生反应一步合成丁基氨基硫脲，然后以丁基氨基硫脲作为识别分子对碳量子点表面进行修饰最终制得丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针，该荧光探针对Cu2+具有特殊选择性，通过对实际样品进行测试证实了该方法具有一定的可行性及准确性，并且修饰碳量子点还可以用于细胞内多色生物成像及生物分析。

【技术实现步骤摘要】
一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法及其在选择性识别铜离子中的应用
本专利技术属于铜离子荧光探针
，具体涉及一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法及其在选择性识别铜离子中的应用。
技术介绍
铜离子是仅次于锌、铁，在人体内位居第三位的过渡金属离子，它在人体生理过程中扮演着非常重要的角色：如细胞质和线粒体中大量的氧化还原反应需要铜酶催化。然而，过多的铜离子往往导致产生过量的活性氧而导致人体的蛋白质、核酸和脂肪的氧化损伤。同时，铜代谢异常也能引起许多神经系统疾病，如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和威尔逊病。因此，高选择性的检测和监视生物体和环境样品中铜离子的含量对人类健康和环境保护是非常有意义的。传统测量Cu2+的方法有比色法、毛细管电泳法、原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体质谱法、极谱法、化学发光法和电化学法等，然而这些方法往往需要耗费大量的时间对样品进行预处理，检测过程繁琐，使用有机试剂，设备复杂和昂贵等。金、银纳米材料荧光探针，半导体量子点由于其分析速度快、灵敏度高和选择性好已被用来测量Cu2+。但是由于它们成本高、合成过程复杂、水溶性及生物相容性差而限制了它们在常规分析中的应用。而碳量子点作为一种新型碳质的荧光纳米材料，由于其原材料来源丰富、合成方法简单、量子产率高、光学性能和化学稳定性稳定、表面易于功能化、毒性小、水溶性和生物相容性好而备受关注，目前已被应用于检测许多物质，如6-巯基嘌呤、抗坏血酸、次氯酸盐、超氧化物阴离子、pH值、硫化氢和金属离子等。然而，由于原始碳量子点对目标物没有特殊选择性、灵敏度和选择性较差，使大部分分析受到限制，为了进一步拓宽其应用领域，将纳米材料上修饰具有高度选择性的识别分子，已被证实是进行定量检测、高效荧光成像、实时跟踪Cu2+的有效方法。现在，基于碳量子点修饰的Cu2+传感器报道的已有许多，Qu等通过共价键用TPEA修饰水溶性碳量子点得到细胞内Cu2+传感器，并用于成像。用1,4,8,11-取代四氮杂环十四烷修饰碳量子点人们研发出了活细胞内高选择性和敏感性检测Cu2+和S2–的碳纳米传感器，且该传感器可以可逆检测Cu2+和S2–。Rao等将表面覆盖有二氧化硅的碳量子点和CdTe进行整合设计出了比率型Cu2+传感器，并测定了蔬菜和水果样品中的Cu2+，实验表明该传感器具有较好的选择性和较低的检测限。Wang等用β-氨基醇功能化荧光碳量子点得到了一个新型的高选择性的铜离子传感器。Zhu等合成了AE-TPEA(N-(2-氨乙基)-N,N,N-三(吡啶-2-亚甲基)乙烷-1,2-二胺)并将其作为Cu2+离子特异受体，共轭键合到CdSe和碳点的纳米复合材料上构建了基于碳量子点的荧光探针(CdSe@CDs-TPEA探针)并将其用于成像和活细胞中Cu2+离子的测定，检测限约1.0μM等。但是在这些方法中，有的需要长时间的原料合成，有的修饰过程复杂，有的使用有毒金属和有机物，有的检测限较大(＞5nm)等等。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法及其在选择性识别铜离子中的应用，该方法首先通过异硫氰酸丁酯和水合肼发生反应一步合成丁基氨基硫脲，然后以丁基氨基硫脲作为识别分子对碳量子点表面进行修饰最终制得丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针，该荧光探针对Cu2+具有特殊选择性，通过对实际样品进行测试证实了该方法具有一定的可行性及准确性，并且修饰碳量子点还可以用于细胞内多色生物成像及生物分析。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于具体步骤为；(1)碳量子点的制备，在30mL超纯水中加入3.00gEDTA，充分溶解后转入50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，于180℃反应10h，反应产物在15000rpm的转速下离心20min，上清液用0.22μm的过滤膜过滤，将滤液在真空干燥箱中干燥24h得到碳量子点；(2)丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备，将10.00mL摩尔浓度为20.0mmol/L的EDC和5.0mL摩尔浓度为20.0mmol/L的NHS加入到20mL含有0.20g碳量子点的分散液中，在转速为50rpm、37℃油浴锅中反应30min，再加入5.0mL质量浓度为50.0gL-1的丁基氨基硫脲溶液，反应3h，将反应产物于4℃过夜，然后用纤维膜透析24h，将透析后的产品干燥得到丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针并于4℃储存。进一步优选，所述丁基氨基硫脲的具体合成过程为：将15mmol异硫氰酸丁盐和10mL无水乙醇溶液加入到50mL圆底烧瓶中，冰浴下搅拌，待完全溶解后逐滴加入2.3mL水合肼，滴完水合肼，撤去冰浴，于10℃继续搅拌反应，TLC跟踪反应，1h反应完全，用旋转蒸发仪蒸出溶剂得到油状液体，将此油状液体于4℃过夜得到粗品白色固体；将粗品用二氯甲烷溶解，然后倒入多倍体积的石油醚中，于40-60℃持续搅拌析出白色晶体，抽滤，水洗，石油醚洗，重复多次后真空干燥得到纯产品丁基氨基硫脲。本专利技术所述的丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针在选择性识别铜离子中的应用。进一步优选，丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针在选择性识别铜离子的过程中，设定激发波长为360nm，发射波长为450nm。本专利技术所述的丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针在细胞内多色生物成像及生物分析中的应用。进一步优选，所述细胞为KYSE410细胞和HeLa细胞。本专利技术利用丁基硫代氨基脲成功构建了一种新型的Cu2+荧光纳米传感器。相对于其它金属离子，该传感器对Cu2+具有极好的选择性。当Cu2+浓度在0-0.1μΜ和4-50μΜ范围内时，荧光强度和其浓度均有良好的线性关系。其Stern-Volmer方程分别为F0/F＝1.0005-0.6710[Cu2+](R2＝0.9994)及F0/F＝0.6671-0.094[Cu2+](R2＝0.9982)。该荧光探针还表现出极好的水溶性、低细胞毒性、优良的生物相容性及细胞膜通透性，可用于KYSE410细胞和HeLa细胞的多色生物成像。我们对方法的作用机理进行推测，认为可能是由于丁基硫代氨基脲和Cu2+之间发生络合反应引起内滤效应，导致了探针荧光猝灭，将该方法用于实际样品中Cu2+的测定，回收率可达95.0％-103.7％，方法具有一定的准确性和可行性。附图说明图1是丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的设计方案图；图2是不同碳量子点的TEM图和粒径分布图，其中透射电镜图谱：a-原始碳量子点，b-修饰碳量子点；粒径分布图谱：c-原始碳量子点，d-修饰碳量子点；图3是不同物质的红外光谱图，其中a-丁基氨基硫脲，b-原始碳量子点，c-修饰碳量子点；图4是修饰碳量子点XPS的全谱图及高分辨能谱图，其中a-C1s，b-N1s，c-O1s，d-S2p；图5是氨基硫脲、原始碳量子点和修饰碳量子点紫外-可见光谱图(插图：修饰碳量子点在365nm紫外灯照射下的图片)图6中a不同激发波长下修饰碳量子点的发射光谱和b发射波长与激发波长的依赖性曲线；图7是碳量子点水溶液的最佳激发光谱与发射光谱；图8是pH、缓冲体系及NaCl对修饰碳量子点发光性能的影响；图9是同样浓度Cu2+加入原始碳量子点a和修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于具体步骤为；（1）碳量子点的制备，在30mL超纯水中加入3.00g EDTA，充分溶解后转入50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，于180℃反应10h，反应产物在15000rpm的转速下离心20min，上清液用0.22μm的过滤膜过滤，将滤液在真空干燥箱中干燥24h得到碳量子点；（2）丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备，将10.00mL摩尔浓度为20.0mmol/L的EDC和5.0mL摩尔浓度为20.0mmol/L的NHS加入到20mL含有0.20g碳量子点的分散液中，在转速为50rpm、37℃油浴锅中反应30min，再加入5.0mL质量浓度为50.0g L‑1的丁基氨基硫脲溶液，反应3h，将反应产物于4℃过夜，然后用纤维膜透析24h，将透析后的产品干燥得到丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针并于4℃储存。

【技术特征摘要】
1.一种丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于具体步骤为；（1）碳量子点的制备，在30mL超纯水中加入3.00gEDTA，充分溶解后转入50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，于180℃反应10h，反应产物在15000rpm的转速下离心20min，上清液用0.22μm的过滤膜过滤，将滤液在真空干燥箱中干燥24h得到碳量子点；（2）丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备，将10.00mL摩尔浓度为20.0mmol/L的EDC和5.0mL摩尔浓度为20.0mmol/L的NHS加入到20mL含有0.20g碳量子点的分散液中，在转速为50rpm、37℃油浴锅中反应30min，再加入5.0mL质量浓度为50.0gL-1的丁基氨基硫脲溶液，反应3h，将反应产物于4℃过夜，然后用纤维膜透析24h，将透析后的产品干燥得到丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针并于4℃储存。2.根据权利要求1所述的丁基氨基硫脲修饰碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于所述丁基氨基硫脲的具体合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅政，贺建同，刘园，贾丰春，乔月纯，
申请(专利权)人：河南工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41