表面修饰的碳纳米点的制备方法和作为荧光探针检测Cu技术

表面修饰的碳纳米点的制备方法和作为荧光探针检测Cu

【技术实现步骤摘要】
表面修饰的碳纳米点及其制备和作为荧光探针检测Cu2+及谷胱甘肽的应用
本专利技术属于纳米-荧光传感器领域，具体涉及荧光探针检测Cu2+和谷胱甘肽的方法。
技术介绍
铜是生命必须的微量元素之一，在人体生理过程中发挥着重要作用。但当人体中的铜离子浓度超过一定浓度时，也会导致中毒，并产生严重的不可逆神经损伤。另外，富含巯基的三肽，如谷胱甘肽(GSH)几乎存在于人体的每一个细胞，能帮助人体保持正常的免疫功能。检测Cu2+及谷胱甘肽等生命体中重要的生物活性物质，并研究它们的相互作用，对于生物、化学、环境等都有着特殊意义。目前有荧光法检测Cu2+的荧光探针，如米小龙等人在《高等学校化学学报》2016第37卷第10期的1784～1791页报道了两种罗丹明类衍生物Cu2+的荧光探针，日光下，Cu2+可以使这两种罗丹明类衍生物由无色变为橘色或粉红色。但这种探针易受其他金属离子干扰，识别不具有专一性，而且制备成本高，制备步骤复杂。碳纳米点作为一种新型的荧光材料备受关注。它具有良好的水溶性、化学惰性、低毒、易修饰、抗光漂白等性能。由于碳纳米点的良好性能，大量的研究者主要从制备和表面修饰两方面研究碳纳米点，碳纳米点的表面修饰方面，人们通过改变碳纳米点的表面基团，使修饰后的碳纳米点能更好的应用于分子识别和化学传感。但由于碳纳米点作为荧光检测方法研究的历史比较短，尚未见到利用表面修饰的碳纳米点作为荧光探针检测Cu2+和谷胱甘肽的分析方法的报道。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的检测Cu2+荧光探针易受其它金属离子干扰、制备成本高，制备步骤复杂的技术问题，而提供表面修饰的碳纳米点及其制备和作为荧光探针检测Cu2+及谷胱甘肽的应用，实现了高选择性荧光检测Cu2+和谷胱甘肽。本专利技术的表面修饰的碳纳米点是三乙烯四胺修饰的碳纳米点，粒径为3～5nm。上述的表面修饰的碳纳米点的制备方法按以下步骤进行：一、按碳纳米点与三乙烯四胺的质量比为1:(0.1～10)将碳纳米点与三乙烯四胺加入到乙醇中混合均匀，得到混合物；二、将混合物加热回流反应5～48h，得到粗产物；三、将粗产物旋转蒸发除去乙醇，再用苯洗涤粗产物1～5次，离心分离后，用超纯水溶解固相物，得到溶液，再将溶液过滤；将滤液真空干燥，即得到表面修饰的碳纳米点(TCDs)。其中步骤一中所述的碳纳米点(CDs)是由尿素和柠檬酸按质量比1:(1～6)的比例混合，然后通过微波加热制备的一种富含碳的纳米颗粒；本专利技术的表面修饰的碳纳米点可作为荧光探针检测二价铜离子和谷胱甘肽，铜离子和谷胱甘肽为水溶液中的铜离子和谷胱甘肽或生命体中的铜离子和谷胱甘肽。其中，定性检测铜离子和谷胱甘肽的方法具体是：(1)将表面修饰的碳纳米点溶于超纯水中(TCDs)，形成TCDs水溶液，并测定溶液的荧光光谱；(2)将上述的TCDs水溶液与待测水溶液Ⅰ混合，测定其荧光光谱，如果荧光强度显著减弱，则可以判定待测水溶液Ⅰ含有铜离子，形成了TCDs-Cu2+复合物；否则待测水溶液Ⅰ没有铜离子；(3)将TCDs-Cu2+复合物的溶液与待测水溶液Ⅱ混合，测定其荧光光谱，如果荧光强度得以恢复，则可以判定待测水溶液Ⅱ含有谷胱甘肽(GSH)，形成TCDs-Cu2+-GSH；否则待测水溶液Ⅱ中没有谷胱甘肽。定量检测水溶液中铜离子和谷胱甘肽的方法为标准曲线法，具体如下：(1)配制不同浓度的含Cu2+的标准系列样品Ⅰ，分别加入表面修饰的碳纳米点(TCDs)溶液，并调节至pH值6.0～8.3之间，并测试溶液的荧光光谱，读出最大荧光发射峰的荧光强度值，以铜离子的浓度为横坐标、以最大荧光发射峰的荧光强度值为纵坐标作图，绘出标准曲线；(2)用与标准样品Ⅰ相同的方法，测试待测溶液中加入表面修饰的碳纳米点(TCDs)溶液后的荧光光谱，根据最大荧光发射峰的荧光强度值在标准曲线上读出铜离子的浓度值；(3)配制不同浓度的含谷胱甘肽(GSH)的标准系列样品Ⅱ，分别加入TCDs-Cu2+混合溶液，并调节至pH值6.0～8.3之间，并测试溶液的荧光光谱，读出最大荧光发射峰的荧光强度值，以谷胱甘肽的浓度为横坐标、以最大荧光发射峰的荧光强度值为纵坐标作图，绘出标准曲线；(4)用与标准样品Ⅱ相同的方法，测试待测溶液中加入TCDs-Cu2+混合溶液后的荧光光谱，根据最大荧光发射峰的荧光强度值在标准曲线上读出谷胱甘肽的浓度值。5.生命体中的铜离子和谷胱甘肽的检测方法，如下：(1)将待测的生命体放置到含有表面修饰的碳纳米点(TCDs)水溶液中培养1～6h，然后用荧光显微镜检测生命体的活细胞；(2)再把用TCDs培养后的生命体放入待测溶液Ⅰ中培养1～6h后，用荧光显微镜检测生命体的活细胞；(3)进一步把TCDs-Cu2+培养后生命体放入待测溶液Ⅱ中培养1～6h后，再用荧光显微镜检测生命体的活细胞；(4)如果在步骤(2)出现荧光强度显著减弱，则可以判定待测溶液Ⅰ含有铜离子；(5)如果在步骤(3)出现荧光强度恢复，则可以判定待测水溶液Ⅱ中含有谷胱甘肽。本专利技术利用荧光光谱研究了有机胺表面修饰的碳纳米点(TCDs)与Cu2+的相互作用，使TCDs荧光猝灭并形成TCDs-Cu2+复合物；该复合物进一步与谷胱甘肽相互作用，使TCDs的荧光恢复。从而建立了一种表面修饰的碳纳米点作为荧光探针荧光猝灭检测Cu2+，进一步荧光恢复检测谷胱甘肽的方法。在检测Cu2+时不受其它阳离子的干扰，识别具有专一性，检测限低至3.4nM；在检测谷胱甘肽时，基本不受常见阴离子和氨基酸的干扰，也具有识别专一性，检测限低至0.11μM。该有机胺表面修饰的碳纳米点荧光探针，制备成本低，反应条件温和，操作简单。本专利技术的荧光探针不仅可以用于检测水溶液中的铜离子和谷胱甘肽，而且还可以通过细胞成像，检测生命体中的铜离子和谷胱甘肽。附图说明图1为实施例1中碳纳米点(CDs)和表面修饰的碳纳米点(TCDs)的红外透射光谱；图2为实施例1中TCDs、TCDs/Cu2+、TCDs/Cu2++GSH的透射电镜(TEM)图；图3是实施例1的TCDs和TCDs-Cu2+混合溶液的最大荧光发射峰强度随pH值的变化曲线图；图4是实施例1中TCDs对不同种类的金属离子的荧光响应图；图5是实施例1中TCDs和不同浓度的Cu2+的混合溶液的荧光光谱图；图6是实施例1中Cu2+浓度对TCDs的最大荧光发射峰强度的影响；图7是实施例1中的TCDs-Cu2+-GSH对不同种类的常见阴离子和氨基酸的荧光响应图；图8是实施例1中的TCDs-Cu2+混合溶液和不同浓度的GSH溶液的荧光光谱图；图9是实施例1中的GSH浓度对TCDs-Cu2+混合溶液的最大荧光发射峰强度的影响；图10是实施例1中TCDs、TCDs-Cu2+混合溶液以及TCDs-Cu2+-GSH混合溶液在酵母细胞中的荧光成像图；具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的表面修饰的碳纳米点是三乙烯四胺修饰的碳纳米点，粒径为3～5nm。具体实施方式二：具体实施方式一所述的表面修饰的碳纳米点的制备方法按以下步骤进行：一、按碳纳米点与三乙烯四胺的质量比为1:(0.1～10)将碳纳米点与三乙烯四胺加入到乙醇中混合均匀，得到混合物；二、将混合物加热回流反应5～48h，得到粗产物；三、将粗产物旋转蒸发除去乙醇，再用苯洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
表面修饰的碳纳米点，其特征在于该碳纳米点是三乙烯四胺修饰的碳纳米点，粒径为3～5nm。

【技术特征摘要】
1.表面修饰的碳纳米点，其特征在于该碳纳米点是三乙烯四胺修饰的碳纳米点，粒径为3～5nm。2.制备权利要求1所述的表面修饰的碳纳米点的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、按碳纳米点与三乙烯四胺的质量比为1:(0.1～10)将碳纳米点与三乙烯四胺加入到到乙醇中混合均匀，得到混合物；二、将混合物加热回流反应5～48h，得到粗产物；三、将粗产物旋转蒸发除去乙醇，再用苯洗涤粗产物1～5次，离心分离后，用超纯水溶解固相物，得到溶液，再将溶液过滤；将滤液真空干燥，即得到表面修饰的碳纳米点。3.根据权利要求2所述的表面修饰的碳纳米点的制备方法，其特征在于步骤一中所述的碳纳米点是由尿素和柠檬酸按质量比1:(1～6)的比例混合，然后通过微波加热制备的一种富含碳的纳米颗粒。4.根据权利要求2或3所述的表面修饰的碳纳米点的制备方法，其特征在于步骤一中碳纳米点与三乙烯四胺的质量比为1:1。5.根据权利要求2或3所述的表面修饰的碳纳米点的制备方法，其特征在于步骤二中加热回流反应时间为24h。6.权利要求1所述的表面修饰的碳纳米点的应用，其特征在于表面修饰的碳纳米点作为荧光探针检测二价铜离子和谷胱甘肽；其中铜离子和谷胱甘肽为水溶液中的铜离子和谷胱甘肽或生命体中的铜离子和谷胱甘肽。7.根据权利要求6所述的表面修饰的碳纳米点的应用，其特征在于定性检测铜离子和谷胱甘肽的方法按以下步骤进行：(1)将表面修饰的碳纳米点溶于超纯水中，形成TCDs水溶液，并测定溶液的荧光光谱；(2)将上述的TCDs水溶液与待测水溶液Ⅰ混合，测定其荧光光谱，如果荧光强度显著减弱，则可以判定待测水溶液Ⅰ含有铜离子，形成了TCDs-Cu2+复合物；否则待测水溶液Ⅰ没有铜离子；(3)将TCDs-Cu2+复合物的溶液与待测水溶液Ⅱ混合，测定其荧光光谱，如果荧光强度得以恢复，则可以判定待测水溶液Ⅱ含有谷胱甘肽...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥峰，杨瑞，刘富强，王鑫鑫，付立凤，何刘明慧，贾丽华，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23