一种新型近红外荧光-磁性锰量子点探针及其合成方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种新型近红外荧光

【技术实现步骤摘要】
一种新型近红外荧光
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磁性锰量子点探针及其合成方法与应用
[0001]本专利技术得到天津市自然科学基金青年项目(No.17JCQNJC05800)，国家环境保护恶臭污染控制重点实验室开放基金(20210501)的支持。


[0002]本专利技术属于化学合成和环境分析检测
，涉及一种具有近红外荧光发射能力的磁性锰量子点及其简单、绿色、快速的合成方法与环境分析检测应用。

技术介绍

[0003]半导体量子点(Quantum Dots，QDs)是上世纪90年代以来发展最为迅猛的荧光纳米材料，具有粒径尺寸小、量子产率高、化学及光稳定性好、抗光漂白性强、发射波长随粒径尺寸可调等优点，已被广泛应用于分析检测、荧光传感、生物识别、生物成像、环境监测、发光与新能源材料等领域，是发展各种光学探针及传感器件的理想平台。传统的量子点是一类三维尺寸均在纳米尺度的半导体纳米晶，一般是由II
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VI族或III
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V族元素组成的“二元”化合物，例如CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、InP、GaAs等。近年来，为了进一步优化调节量子点光、磁、电等理化特性，以掺杂量子点和合金量子点为代表的三元甚至多元量子点应运而生。比较有代表性的三元量子点有锰掺杂硫化锌量子点(Mn：ZnS QDs)、铜掺杂硫化镉量子点(Cu：CdS QDs)和钆掺杂碲化镉量子点(Gd：CdTe QDs)等掺杂型量子点，掺杂元素的引入不仅能够改善量子点中受激电子回复至基态的路径，调控量子点发射波长和荧光量子产率等光学性质，还能为量子点带来磁性等其它理化性质。尽管掺杂型量子点相较于传统的二元半导体量子点而言具有更为优异的性能，但掺杂元素占量子点整体的比重较少，掺杂元素同主体元素的含量比例非常悬殊，不利于对量子点性能的调控。
[0004]为了解决掺杂量子点性能调控不便的问题，增大半导体量子点光学性能的调控空间，人们逐渐开发出了以硫化镉锌(Zn
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Cd
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S
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)、铜铟硫(CuInS2)、铜锌锡硫(CuZnSnS3)为代表的合金量子点。合金量子点可以被看作为掺杂元素含量被放大的掺杂量子点，其发光中心由两种及以上金属元素构成，且每种金属元素的含量比例并不一定非常悬殊。相较于掺杂量子点而言，合金量子点所含金属元素比例具有更大的调控空间，使其能够获得更为优异的荧光性质。无论是传统的“二元”半导体量子点还是掺杂量子点、合金量子点等“多元”量子点均普遍使用Cu、Cd、In等重金属离子作为制备原料。重金属离子具有极强的生物毒性，能积聚于水体、土壤、农作物之中并通过食物链侵入并累积于人体，造成持久的环境与健康损害。重金属离子原料的使用降低了量子点的安全性，限制了它们的应用范围。
[0005]为了提高量子点材料的生物安全性和环境友好性，以碳量子点(Carbon Dots，CDs)、硅量子点(Silicon Dots，SDs)等为代表的“一元”量子点因用而生。碳量子点和硅量子点均为非金属量子点，不含重金属离子，相较于传统的半导体量子点而言，其无毒无害，不会对生物体和生态环境造成损害，是安全、绿色、环保的高性能荧光检测探针，已被广泛应用于生物成像、荧光传感和分析检测等领域。囿于制备技术与工艺的影响，当前国内外应
用较为成熟的“一元”量子点仅有碳量子点和硅量子点两种，均为以非金属原料制得的非金属量子点。虽然该类量子点在安全性方面相较于传统半导体量子点具有巨大的优势，但因其结构中缺少金属元素而在荧光效率和电性能方面明显逊色于半导体量子点。因此，发展安全、稳定、高性能的“一元”金属量子点是当前本领域亟需解决的一个技术难题。
[0006]为了解决上述问题，拓展“一元”量子点的种类与功能，本专利技术提供了一种新型近红外荧光
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磁性锰量子点多功能分析检测探针及其合成方法。该锰量子点具有超小的粒径，并在未经任何掺杂或修饰的前提下，即可同时具备近红外荧光发射性能和优良的顺磁性能。此外，该量子点还具有水溶性好、分散性高、毒性低等优点，在生物分析与环境分析等领域具有广阔的应用前景。该量子点通过简便的室温水相合成方法制备，合成步骤简单、反应时间短，制备原料廉价易得。基于Cr
3+
对该量子点荧光强度的特征性增强作用，可实现对水环境中Cr
3+
污染物的高灵敏分析检测。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型近红外荧光
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磁性锰量子点多功能分析检测探针及其合成方法，在生命分析和环境分析等方面具有很好的应用前景。
[0008]为实现上述目的，本专利技术公开了一种新型近红外荧光
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磁性锰量子点多功能分析检测探针，其特征在于：
[0009](1)该锰量子点为“一元金属量子点”，其发光中心仅含有一种元素即Mn元素，其它元素来自于稳定剂并不参与发光，该量子点中各元素的摩尔比为Mn∶O∶N∶S＝1∶22∶11∶9；
[0010](2)该锰量子点具有平均1.3nm的超小粒径，且同时具有近红外荧光发射性能和顺磁性能，其最大激发波长位于510nm，最大发射波长位于698nm，其磁滞回线为一过坐标原点的直线；
[0011](3)该锰量子点的荧光强度可被三价铬离子Cr
3+
特异性增强。
[0012]本专利技术进一步公开了所述新型近红外荧光
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磁性锰量子点多功能分析检测探针的合成方法，按如下的步骤进行：
[0013](1)须选择具有二硫键的L
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胱氨酸作为稳定剂；
[0014](2)将0.4mmol L
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胱氨酸溶于7.875mL高纯水中，而后加入0.875mL浓度为1M的NaOH溶液，充分搅拌至L
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胱氨酸溶解完全；
[0015](3)取上述混合溶液8mL于烧杯中，加入11.4mL高纯水、0.6mL浓度为0.1M的MnCl2溶液，充分搅拌15分钟，至混合溶液变为灰白色；
[0016](4)称取0.8mmol抗坏血酸加入上述灰白色溶液中，于室温下充分搅拌32分钟，至溶液变为乳白色，即可得到L
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胱氨酸稳定的近红外荧光
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磁性锰量子点。
[0017]本专利技术更进一步公开了新型近红外荧光
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磁性锰量子点多功能分析检测探针在环境分析方面的应用；所述环境分析是指该荧光
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磁性锰量子点作为“荧光turn
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on”型检测探针对环境污染物Cr
3+
离子的分析检测应用，其详细的描述如下：
[0018](1)Cr
3+
离子可特异性地增强该锰量子点的吸光效率，使锰量子点的荧光强度随样品中目标物Cr
3+
离子浓度的升高而增强，从而使实现对目标物Cr
3+
离子的高灵敏检测；
[0019](2)该检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型近红外荧光
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磁性锰量子点探针，其特征在于：(1)该锰量子点为“一元金属量子点”，其发光中心仅含有一种元素，即Mn元素，该量子点中各元素的摩尔比为Mn∶O∶N∶S＝1∶22∶11∶9；(2)该锰量子点具有平均1.3nm的超小粒径，且同时具有近红外荧光发射性能和顺磁性能，其最大激发波长位于510nm，最大发射波长位于698nm，其磁滞回线为一过坐标原点的直线；(3)该锰量子点的荧光强度可被三价铬离子Cr
3+
特异性增强。2.权利要求1所述新型近红外荧光
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磁性锰量子点探针的合成方法，按如下的步骤进行：(1)须选择具有二硫键的L
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胱氨酸作为稳定剂；(2)将0.4mmolL
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胱氨酸溶于7.875mL高纯水中，而后加入0.875mL浓度为1M的NaOH溶液，充分搅拌至L
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胱氨酸溶解完全；(3)取上述混合溶液8mL于烧杯中，加入11.4mL高纯水、0.6mL浓度为0.1M的MnCl2溶液，充分搅拌15分钟，至混合溶液变为灰白色；(4)称取0.8mmol抗坏血酸加入上述灰白色溶液中，于室温下充分搅拌32分钟，至溶液变为乳白色，即可得到L
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【专利技术属性】
技术研发人员：张菲，盛美思，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：