一种绿色荧光量子点及其制备方法和铜离子检测应用技术

本发明专利技术公开的一种绿色荧光量子点及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。制备方法：以没食子酸为碳源，以尿素为氮源，以PEG400为钝化剂，采用微波辅助法制得能够发绿光的绿色荧光碳量子点。本发明专利技术选择没食子酸作为碳源，是因其苯环结构上有三个羟基和一个羧基，因此以其为碳源制备的荧光量子点，荧光团具有更高的共轭结构，具有更高的发射波段。该制备方法路线设计合理，操作简单，重复性好，对设备要求低；制得的绿色荧光量子点水溶性好，稳定性高，荧光性能优异，能够专一性的用于检测铜离子。

【技术实现步骤摘要】
一种绿色荧光量子点及其制备方法和铜离子检测应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种绿色荧光量子点及其制备方法和应用。
技术介绍
铜是人类最早发现的金属，也是人类使用最广泛的金属，其广泛的应用于农业和工业产品中，如：试剂、农药、增塑剂、乳化剂和涂料等。同时，铜在调节生物体生理活动方面也具有重要的作用。一方面，适量的铜在生物体内对正常的生理活动起着无可替代的作用。在机体内，许多参与生理活动的酶都有铜的参与，比如抗坏血酸氧化酶、超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶等，其在生物转化中与电子传递氧化还原反应密不可分。同时，许多酶的代谢也与铜紧密相关。在生物体内，铜离子对铁元素的吸收、运输起着至关重要的作用。铜元素的缺乏会抑制生物体内血红蛋白的合成，造成血红蛋白含量降低，导致功能性贫血；同时，铜离子对内分泌系统和神经系统也有一定的影响。铜元素的缺乏对神经组织中铜蓝蛋白、超氧化物歧化酶、细胞色素氧化酶等的活性有着重要的影响，临床上所表现的症状主要有威尔森病(Wilsondisease)、阿尔兹海默病(Alzheimerdisease)、帕金森综合征(Parkinsonism)、中枢神经系统病(CentralNervousSystemDisease)等；同时，铜骨骼和软骨及其结缔组织的生理活动也有着至关重要的影响，铜元素缺乏会对儿童的骨骼生长产生影响。另一方面，机体内铜元素含量过高也会产生一定的危害。根据世界卫生组织研究显示，婴儿、儿童以及青少年每天铜的安全摄入量分别为80,40和30μg·kg-1。同时，根据中国营养学会(ChineseNutritionSociety)报告，成年人每天对铜的安全摄入量应为210～300mg；同样的，名美国国家食品营养委员会(NationalNutritionalFoodsAssociation)推荐承认每天对铜的安全摄入量应为115～310mg。我国对饮用水和食品中重金属含量也进行了明确的规定：生活饮用水中铬的最大限量为0.05mg·L-1，铝的最大限量为0.2mg·L-1，铜的最大限量为1mg·L-1。粮食中铜的极限含量为10mg·kg-1，铅的极限含量为0.2mg·kg-1，铬的极限含量为0.2mg·kg-1。禽畜肉类中铅的含量不得超过0.2mg·kg-1，铬的含量不得超过0.1mg·kg-1，铜的含量不得超过10mg·kg-1。同时，根据联合国卫生环保组织规定，饮用水中铜离子含量不得超过10μmol·L-1。根据相关研究显示，机体内铜含量超过极限便会产生溶血。长期过量摄入铜会引发记忆力衰退、恶心、肝功能异常和肝脏肿大等。铜离子传统检测方法有沉淀法、显色法、荧光探针法、金属量子点法等，但这些方法都存在灵敏度低和准确度不够等问题，很难检测到生物体中微量铜离子；同时荧光探针法和金属量子点法带来的生物毒性大大限制了其在线检测和应用。因此，开发高灵敏度和生物毒性低的铜离子检测方法实现微量铜离子的检测，可望实现因铜离子蓄积引起疾病的早期诊断。近年来，随着纳米材料的发展，碳量子点作为一种新型的荧光纳米材料越来越受到研究者们的关注。目前，主要通过有机溶剂做钝化剂填补碳量子点表面的缺陷来提高荧光碳量子点的量子产率。然而，选择有机溶剂做钝化剂后续处理较为复杂。因此，广大研究者寻求更廉价更简单的方法来提高碳量子点荧光量子产率。由于N原子和C原子的半径相近，因此，在制备碳量子点的过程对其进行掺氮处理将会得到性能优异的氮掺杂碳量子点(N-CDs)。由于碳量子点表面的氨基可以捕获铜离子形成铜氨络合物并覆盖在碳量子点表面而引起CDs荧光发生淬灭。然而，在制备碳量子点过程大多数氨基会被氧化、拆分或重组，导致所制备的碳量子点氨基数量降低以至于对铜离子检测的灵敏度降低。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种绿色荧光量子点及其制备方法和应用，该制备方法操作简单，重复性好，原料易得，对设备要求低；制得的绿色荧光量子点水溶性好，稳定性高，荧光性能优异，能够专一性的用于检测铜离子。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种绿色荧光量子点的制备方法，以没食子酸为碳源，以尿素为氮源，以PEG400为钝化剂，采用微波辅助法制得能够发绿光的绿色荧光碳量子点。优选地，具体包括以下步骤：1)按没食子酸：尿素＝1:1的摩尔比，将没食子酸与尿素超声分散于添加有PEG400的蒸馏水中，然后于300～800W下微波反应10～30min，冷却至室温；其中，尿素、蒸馏水和PEG400的用量比为1g：1mL：(1～3)g；2)将步骤1)制得的反应产物超声分散于其体积3～5倍的蒸馏水中，然后离心取上清液，上清液经微孔滤膜过滤、透析及冷冻干燥处理，制得能够发绿光的绿色荧光量子点。进一步优选地，步骤2)中，离心条件为10000rpm。进一步优选地，步骤2)中，微孔滤膜过滤是将上清液采用0.22μm注射器滤膜过滤。进一步优选地，步骤2)中，透析是将过滤后的滤液用1000Da的透析袋透析处理24h。本专利技术还公开了采用上述的方法制得的绿色荧光量子点，该绿色荧光量子点的平均粒径为23.2nm，表面电荷为+15.32mV。本专利技术还公开了采用上述的绿色荧光量子点作为铜离子检测荧光探针的应用。优选地，所述绿色荧光量子点对铜离子的检测浓度区间为0.05μmol·L-1～600μmol·L-1。优选地，绿色荧光量子点能够专一性检测细胞内的铜离子。优选地，绿色荧光量子点能够对细胞内Cu2+进行检测。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术以没食子酸为碳源，尿素为氮源，PEG400为钝化剂，采用微波辅助法得到粒径为23.2nm的绿色荧光量子点Green-CDs。本专利技术选择没食子酸作为碳源，是因其苯环结构上有三个羟基和一个羧基，因此，以其为碳源制备的荧光量子点，荧光团具有更高的共轭结构，具有更高的发射波段。该制备方法路线设计合理，操作简单，重复性好，对设备要求低。本专利技术制备的Green-CDs颗粒单分散性良好，尺寸均一，没有发生团聚现象；在Green-CDs表面分布大量的氨基、羟基和羧基，说明其具有很好的水溶性。表面Zeta电位为+15.9mV，说明所制备的Green-CDs表面氨基的数量大于羧基的数量。在对Cu2+检测的实验中，实验结果表明，Green-CDs对Cu2+的检测范围为0～600μmol·L-1，检测极限为0.0005μmol·L-1。在对Green-CDs专一性检测实验中。在金属杂离子及氨基酸单独存在的情况下，只有Cu2+可引起Green-CDs荧光发生淬灭，说明Green-CDs对Cu2+的检测具有较高的专一性。在EDTA复原性检测中，向已发生淬灭的Green-CDs中加入EDTA，Green-CDs的荧光发生复原，说明Green-CDs表面的氨基捕获溶液中的Cu2+是引起荧光发生淬灭的主要因素。以L-929细胞，HepG-2细胞和MCF-7细胞为模型，探究Green-CDs的细胞毒性。细胞毒性实验结果显示，在所设置的浓度范围内，Green-CDs对细胞的生长均无抑制作用，表现出良好的生物相容性。在对胞内Green-CDs的分布及对Cu2+的检测中，Green-CDs能够通过内吞作用进入细胞质中，且在细胞质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绿色荧光量子点的制备方法，其特征在于，以没食子酸为碳源，以尿素为氮源，以PEG400为钝化剂，采用微波辅助法制得能够发绿光的绿色荧光碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种绿色荧光量子点的制备方法，其特征在于，以没食子酸为碳源，以尿素为氮源，以PEG400为钝化剂，采用微波辅助法制得能够发绿光的绿色荧光碳量子点。2.根据权利要求1所述的绿色荧光量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按没食子酸：尿素＝1:1的摩尔比，将没食子酸与尿素超声分散于添加有PEG400的蒸馏水中，然后于300～800W下微波反应10～30min，冷却至室温；其中，尿素、蒸馏水和PEG400的用量比为1g：1mL：(1～3)g；2)将步骤1)制得的反应产物超声分散于其体积3～5倍的蒸馏水中，然后离心取上清液，上清液经微孔滤膜过滤、透析及冷冻干燥处理，制得能够发绿光的绿色荧光量子点。3.根据权利要求2所述的绿色荧光量子点的制备方法，其特征在于，步骤2)中，离心条件为10000rpm。4.根据权利要求2所述的绿色荧光量...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄赛朋，成杰伟，薛伟明，李文帅，温惠云，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61