一种碳量子点‑铜离子荧光探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种碳量子点‑铜离子荧光探针及其制备方法和应用。本发明专利技术利用微波水热法合成具有强荧光的碳量子点，利用铜离子首先使碳量子点的荧光强度大幅度下降，铜离子复合在碳量子点表面，表面能量转移，形成具有微弱荧光的CQDs/Cu

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点-铜离子荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及一种以柠檬酸为碳源，尿素为氮源，利用微波水热合成法制备水溶性碳量子点-铜离子荧光探针，及其在快速非酶环境下检测葡萄糖中的应用。
技术介绍
随着经济高速发展和工业化进程的加速，及生活方式发生改变和老龄化进程的加速，使我国糖尿病的患病率呈快速上升的趋势，成为继心脑血管疾病、肿瘤之后另一个严重危害人民健康的重要慢性非传染性疾病。据WHO估计，2005-2015年，中国由于糖尿病及相关心血管疾病导致的经济损失达5577亿美元。而近年的多项调查表明，无论是欧美发达国家还是发展中国家，糖尿病控制状况均不容乐观。糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，或两者兼有引起。糖尿病长期存在的高血糖，导致各种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害和功能障碍。糖尿病存在家族发病倾向，1/4～1/2患者有糖尿病家族史，1型或2型糖尿病均存在明显的遗传异质性。1型糖尿病有多个DNA位点参与发病，其中以HLA抗原基因中DQ位点多态性关系最为密切。针对2型糖尿病已发现多种明确的基因突变，如胰岛素基因、胰岛素受体基因、葡萄糖激酶基因、线粒体基因等。糖尿病一旦病发，病情将不可逆转。我国党和政府十分重视以糖尿病为代表的慢性非传染性疾病的防治工作，对糖尿病和高血压患者的管理自2009年开始作为促进基本公共卫生服务均等化的重要措施，已纳入深化医疗卫生体制改革的3年实施方案中。众所周知，传统检测血糖的方法大致分为两类：葡萄糖酶检测法和非酶检测法。葡萄糖氧化酶法，可以用来测定血清(浆)葡萄糖。葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase,GOD)利用氧和水将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，并释放过氧化氢。然而，葡萄糖酶检测方法一般有很多缺点，例如葡萄糖氧化酶成本高，并且对实验条件要求苛刻，需要适宜的温度，pH，盐度条件下进行反应，不能快速高效地检测葡萄糖。因此，探索先进的葡萄糖检测方法是至关重要的。非酶法检测葡萄糖，是一种成本低，简单易行的新型检测方法。尤其是对于大批量待检测葡萄糖样品有着广阔的应用前景。然而，非酶法检测葡萄糖大多为电化学催化法，在电极表面负载碳量子点和金属纳米材料，催化氧化葡萄糖发生反应。在最近这些年，很多复合纳米材料已经被报道具有改善电化学法检测葡萄糖的能力。然而，持续的电流对碳量子点的稳定性具有损伤，并且发生的氧化反应易对电极产生氧化，因此一直严重的限制着电化学法检测葡萄糖稳定性的实际应用，困扰着广大研究者。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的之一是设计合成一种基于碳量子点-铜离子荧光探针。本专利技术的目的之二是提供一种基于碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法。本专利技术的目的之三是提供基于碳量子点-铜离子荧光探针在非酶环境下有效检测葡萄糖的方法。本专利技术采用的技术方案是：一种碳量子点-铜离子荧光探针，所述的碳量子点-铜离子荧光探针是CQDs/Cu2+，Cu2+的浓度为300-2000μM。一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，包括如下步骤：1)碳量子点CQDs制备：以柠檬酸为碳源，尿素为氮源，将柠檬酸、尿素与超纯水混合后，转移到反应釜中，放入防爆膜，密封，在微波水热合成仪中微波加热，得到悬浊液；将悬浊液静置，冷却至室温，过滤，取滤液离心，弃上层清液，所得产物置于透析袋中，在4℃阴暗的条件下，透析24h，每8h换一次超纯水，得到碳量子点CQDs溶液；2)CQDs/Cu2+的制备：将铜盐溶液溶于CQDs溶液中，搅拌，得CQDs/Cu2+。优选的，上述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，按质量比，柠檬酸:尿素＝1:1。优选的，上述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，步骤1)中，微波水热合成仪中微波加热具体为：分四个阶段，第一阶段，升温至120℃，加热15-20min；第二阶段，升温至150℃，加热15-20min；第三阶段，升温至180℃，加热15-20min；第四阶段，升温至210℃，加热反应2-2.5h；微波水热合成仪设置功率为1000W，压力为1.0-1.5MPa。优选的，上述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，步骤1)中，滤液离心时，先以1500rpm低速离心10min后，再以3500rpm高速离心5min。优选的，上述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，步骤1)中，透析袋的截留分子量为3500Da。优选的，上述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，步骤2)中，所述的铜盐是CuSO4。一种碳量子点-铜离子荧光探针在非酶环境下检测葡萄糖中的应用。方法如下：于含有葡萄糖的待测样品中，加入上述的碳量子点-铜离子荧光探针CQDs/Cu2+，混合均匀，调节溶液的pH为7，于80℃下加热10min，冷却至室温后用荧光仪检测。量子点具有较强的荧光性能。量子点主要存在三种类型，金属量子点、半导体量子点和碳量子点，结合发光性能，合成方法，稳定性等方面，本专利技术选择碳量子点(CQDs)。碳量子点无毒害作用，对环境的危害很小，制备成本低廉。相比半导体量子点，CQDs是一种具有相似光学性能的环境友好型荧光纳米材料，除拥有光学性能优良，尺寸小等传统半导体量子点所具备的优点外，其还具有细胞毒性低，生物相容性好，易于大规模合成及功能化修饰，制备成本低廉和反应条件温和等无可比拟的优势。它在包括改进生物传感器，医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。本专利技术，将CQDs和CuSO4复合构成的CQDs/Cu2+荧光探针体系，可在一定程度上有效的检测溶液中的葡萄糖。本专利技术通过CQDs溶液加入Cu2+后，表面能量从CQDs(能量供体)转移到Cu2+(能量受体)，使CQDs荧光猝灭。复合纳米材料CQDs/Cu2+具有稳定的荧光性能，其作为荧光探针显示特有的优势，还具有一定的催化能力，加速铜离子与葡萄糖反应，有效检测低浓度葡萄糖。本专利技术一种基于碳量子点-铜离子荧光探针的非酶检测葡萄糖溶液过程分析：碳量子点的合成方法有多种，一般可分为2类：自上而下合成法和自下而上合成法。其中自下而上合成法中，以大分子有机物为原材料，一般是通过碳化的方式将大分子变成小分子，碳化过程中除去了大量非碳物质，产率较高。能满足如荧光标记或生物成像等应用。本专利技术利用微波水热这种自下而上合成法，以柠檬酸作为制备碳量子点的碳源，尿素作为氮源，在未经修饰的条件下，量子产率高，不仅有效制备高荧光强度碳量子点并且大幅度缩短反应时间。在Cu2+加入后，由于CQDs含有大量氨基基团，对Cu2+具有亲和性，Cu2+与CQDs结合构成了碳量子点-铜离子荧光探针体系(CQDs/Cu2+)，能够有效的检测葡萄糖。本专利技术通过在CQDs溶液中加入Cu2+，使Cu2+有效的降低了CQDs的荧光强度，这个方法应用在葡萄糖溶液的检测中。一方面，复合纳米材料CQDs/Cu2+具有稳定的荧光性能可以作为荧光探针直接检测葡萄糖，另一方面，还具有一定的催化能力，加速铜离子与葡萄糖反应，有效检测低浓度葡萄糖。经过一系列的化学反应，葡萄糖与铜离子反应生成氧化亚铜，从而碳量子点表面上的铜离子得到释放，最终CQDs荧光强度得到恢复。同时葡萄糖被氧化为葡萄糖酸，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳量子点‑铜离子荧光探针，其特征在于，所述的碳量子点‑铜离子荧光探针是CQDs/Cu

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点-铜离子荧光探针，其特征在于，所述的碳量子点-铜离子荧光探针是CQDs/Cu2+，Cu2+的浓度为300-2000μM。2.一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)碳量子点CQDs的制备：以柠檬酸为碳源，尿素为氮源，将柠檬酸、尿素与超纯水混合后，转移到反应釜中，放入防爆膜，密封，在微波水热合成仪中微波加热，得到悬浊液；将悬浊液静置，冷却至室温，过滤，取滤液离心，弃上层清液，所得产物置于透析袋中，在4℃阴暗的条件下，透析24h，每8h换一次超纯水，得到碳量子点CQDs溶液；2)CQDs/Cu2+的制备：将铜盐溶液溶于CQDs溶液中，搅拌，得CQDs/Cu2+。3.按照权利要求2所述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，其特征在于，按质量比，柠檬酸:尿素＝1:1。4.按照权利要求2所述的一种碳量子点-铜离子荧光探针的制备方法，其特征在于：步骤1)中，微波水热合成仪中微波加热具体为：分四个阶段，第一阶段，升温至120℃，加热15-20min；第二阶段，升...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋有涛，刘冠宏，任佩佩，王君，杨帆，李欣屹，于志月，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21