一种多功能开关型荧光碳量子点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多功能开关型荧光碳量子点及其制备方法和应用，属于荧光探针制备技术领域。所述碳量子点的制备步骤：取酒石酸、柠檬酸和尿素置于去离子水中，搅拌并超声至澄清；将上述溶液置于微波炉中，200‑500W功率下反应5—15分钟后取出，得到黑棕色固体；将黑棕色固体溶于去离子水中，然后离心、过滤，得到棕黑色液体，冷冻干燥得到碳量子点。本发明专利技术碳量子点制备成本低，工艺简单，反应时间短，节能环保。所得碳量子点可作为开关型荧光传感器应用于Cr(VI)离子和抗坏血酸的定量检测，具有光学性质稳定，荧光量子产率较高的优点，低细胞毒性和良好的生物相容性拓展了其细胞成像的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能开关型荧光碳量子点及其制备方法和应用
本专利技术涉及荧光探针，具体涉及一种多功能开关型荧光碳量子点及其制备方法，以及该碳量子点作为荧光探针在Cr(VI)、抗坏血酸检测，和细胞成像中的应用。
技术介绍
Cr(VI)属于重金属一类污染物，具有强氧化毒性。环境中铬的污染主要来源于电镀、皮革、油漆和涂料等工业生产活动中。研究表明Cr(VI)对人体危害巨大，低浓度下也会引起致癌和致畸变作用。环境中Cr(VI)的危害引起各国的密切关注，进一步严格限制含Cr(VI)污染物的排放，世界卫生组织提出了饮用水中Cr(VI)浓度低于50μgL-1的限值。鉴于此，检测环境中Cr(VI)变得尤为重要。检测Cr(VI)的方法很多，有分光光度法、化学发光法、原子光谱法、极谱法、直接电流法、流动注射分析法、中子活化法和同位素稀释质谱法等。然而，这些方法大多所需设备昂贵，预处理繁琐或者所用试剂会造成二次污染，限制了它们在快速检测中的应用，因此，迫切需要开发成本低、灵敏度高，选择性好的方法应用于Cr(VI)检测。抗坏血酸(AA)即维生素C,是一种很重要的抗氧化剂和维生素(Vc)，对人体来说是必需的，人必须从食品中摄入，正常人体中AA的参考范围11.4–76.7μM，AA缺乏会引起坏血病和免疫力下降，AA过多又会引起腹泻、胃酸、和冠心病等疾病。目前，检测AA的方法有荧光分析方法，电化学方法，比色法，液相色谱法和极谱法等等。这些方法大多具有预处理繁琐，成本高、使用设备昂贵等缺点。寻求一种简单、高效、灵敏度高、选择性好且成本低的检测方法，就成为了人们关注的热点。碳量子点是近年来广受关注的一种新型荧光碳纳米材料，具有传统量子点无法比拟的独特优势，如良好的水溶性、抗光漂白性、强化学稳定性、生物相容性和环境友好性等，作为新一代的绿色纳米材料，在生物成像、检测、催化和储能等生物、医药、环境、化学和能源等领域，得到了广泛应用。在检测方面，学者通过各种途径合成碳量子点，成功地用于pH，各种离子和分子等的荧光检测。然而，合成过程复杂，荧光量子产率较低，功能单一等限制荧光碳量子点进一步应用。因此，研制合成途径简单、荧光量子产率高、性能良好、多功能、绿色环保的开关型荧光碳量子点具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种合成简单、量子产率高、性能良好、多功能的开关型荧光碳量子点及其制备方法，以及该碳量子点在检测Cr(VI)、抗坏血酸，细胞成像中的应用。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种多功能开关型荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：1)取酒石酸、柠檬酸和尿素置于去离子水中，搅拌并超声至澄清；其中酒石酸、柠檬酸和尿素的质量比为1∶0.5-2∶0.5-2.5；2)将上述溶液置于微波炉中，200-500W功率下反应5—15分钟后取出，得到黑棕色固体；3)将黑棕色固体溶于去离子水中，然后离心、过滤，得到棕黑色液体，冷冻干燥得到碳量子点。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术原材料酒石酸、柠檬酸和尿素均为价廉药剂，且无毒，操作过程简单，无污染，反应快捷，条件温和，省时节能。(2)本专利技术所制得的碳量子点有良好的水溶性和化学稳定性。(3)本专利技术所制得的开关型荧光碳量子点量子产率较高，以硫酸奎宁(量子产率54％)为参照物，所得碳量子点的量子效率一般在15.1％-20.3％之间。(4)本专利技术用于检测重金属离子Cr(VI)，抗坏血酸，具有很好的选择性和灵敏性。(5)本专利技术所制得的开关型荧光碳量子点具有很好的细胞穿透性，利用激光共聚焦成像技术可进行细胞成像。总之，本专利技术原料价格便宜，操作工艺简单，环保节能，所得碳量子点光学性质稳定，荧光量子产率高，解决了现有碳量子点制备方法因工艺和原料限制而无法规模化生产，获得碳量子点的荧光量子效率较低的问题，并且，该碳量子点可应用于Cr(VI)离子、抗坏血酸定量检测，以及细胞成像等领域。附图说明图1为实施例1制备的多功能开关型碳量子点的透射电镜图及粒径分布图。图2为实施例1制备的多功能开关型碳量子点的紫外吸收光谱及荧光激发-发射光谱。图3为实施例1制备的多功能开关型碳量子点荧光发射曲线随激发波长变化的光谱图。图4为实施例1制备的多功能开关型碳量子点的红外光谱图。图5为实施例1制备的多功能开关型碳量子点的XPS光谱图。图6为实施例1制备的多功能开关型碳量子点对Cr(VI)淬灭的荧光光谱图。图7为实施例1制备的多功能开关型碳量子点在Cr(VI)淬灭后加入抗坏血酸恢复荧光的光谱图。图8为实施例1制备的多功能开关型碳量子点对金属离子选择性。图9为实施例1制备的多功能开关型碳量子点用MTT法进行的人肝癌SMMC-7721细胞毒性测试。图10为实施例1制备的多功能开关型碳量子点标记人肝癌SMMC-7721细胞激光共聚焦图。具体实施方式以下结合实施例进一步详细阐述本专利技术的内容，但本专利技术并不局限于下述实施例。实施例1一种多功能开关型荧光碳量子点的制备方法，步骤包括：A、将1.5g酒石酸、1.5g柠檬酸和1.5g尿素置于烧杯中，加入20mL去离子水，搅拌并超声至澄清；B、将盛有澄清液的烧杯放入微波炉中，400W功率下反应10分钟后取出，得到黑棕色固体样品；C、将样品用去离子水溶解后离心、过滤，得到棕黑色液体，即为碳量子点溶液，其相对量子产率(以硫酸奎宁为标准)为20.3％，呈现蓝色荧光；D、将上述碳量子点水溶液冷冻干燥备用。实施例2将实施例1制备的开关型荧光碳量子点进行TEM表征(图1),可知本专利技术制备的碳量子点的粒径均小于10nm；紫外吸收光谱及荧光激发-发射光谱表征(见图2、图3)，红外光谱和XPS表征(见图4，图5)，表明碳量子点含有羧基、羟基、氨基等基团。实施例3取实施例1制备的多功能开关型荧光碳量子点水溶液(1mg/mL)1.8mL置于荧光比色皿中，分别加入0.2mL的34种常见的离子溶液(0.10mol/L)，充分混合，在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝360nm，λem＝467nm)，并记录荧光强度，从图6可知，Cr(VI)可以使碳量子点的荧光淬灭，并且对Cr(VI)有良好的选择性。取实施例1制备的荧光碳量子点水溶液(0.12mg/mL)1.8mL置于荧光比色皿中，分别加入0.2mL不同浓度(从低到高)的Cr(VI)，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝360nm，λem＝467nm)，并记录结果如图7。取实施例1制备的荧光碳量子点水溶液(0.12mg/mL)1.99mL置于荧光比色皿中，加入10μLCr(VI)(0.1mol/L)，再分别加入不同浓度的AA溶液，混合均匀，3分钟后在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝360nm，λem＝467nm)，并记录结果如图8。实施例4将实施例1制备的荧光碳量子点水溶液(1mg/mL)用于标记的人肝癌SMMC-7721细胞，如图9所示，细胞形态良好，细胞毒性实验，细胞存活率高于85％，可用于活细胞标记。图10从左到右依次为：(a)暗场(激发为405nm)细胞图(蓝色)，(b)暗场(激发为488nm)细胞图(绿色)，(c)暗场(激发为559nm)细胞图(红色)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能开关型荧光碳量子点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)取酒石酸、柠檬酸和尿素置于去离子水中，搅拌并超声至澄清；其中酒石酸、柠檬酸和尿素的质量比为1∶0.5‑2∶0.5‑2.5；2)将上述溶液置于微波炉中，200‑500W功率下反应5—15分钟后取出，得到黑棕色固体；3)将黑棕色固体溶于去离子水中，然后离心、过滤，得到棕黑色液体，冷冻干燥得到碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种多功能开关型荧光碳量子点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)取酒石酸、柠檬酸和尿素置于去离子水中，搅拌并超声至澄清；其中酒石酸、柠檬酸和尿素的质量比为1∶0.5-2∶0.5-2.5；2)将上述溶液置于微波炉中，200-500W功率下反应5—15分钟后取出，得到黑棕色固体；3)将黑棕色固体溶于去离子水中，然后离...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾燕春，董川，双少敏，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14