CN103663413B - 一种碳纳米粒子及其制备方法和在血糖检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米粒子及其制备方法和在血糖检测中的应用。该碳纳米粒子的制备方法包括：将5g/L至饱和浓度的苯硼酸溶液调节pH值至7-9；向pH值为7-9的苯硼酸溶液中通入氮气，除去溶液中的氧气，得到溶液M1；在160-200℃下，使所述溶液M1进行水热碳化反应，得到溶液M2；将所述溶液M2冷却，然后进行离心分离，提取分离出的上清液M3；将所述上清液M3进行透析，得到碳纳米粒子。本发明还提供了通过上述制备方法得到的碳纳米粒子及该碳纳米粒子在血糖检测中的应用。本发明实现了以一种制作方法简单且绿色环保的碳纳米粒子对血清中葡萄糖含量进行定量检测的方法。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测领域，具体地，涉及一种碳纳米粒子及其制备方法和在血糖检测中的应用。
背景技术
葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢的中间产物，是生物体内主要的供能物质，且对人体内葡萄糖的含量检测是医学诊断的重要标准，频繁的检测和严格控制血糖水平是有效管理糖尿病和减少相关并发症必不可少的手段。目前，人们已经研制出多种光化学传感法检测葡萄糖，比如一些金属半导（CdTe，Au，Ag纳米粒子），但是这些半导体纳米材料的制作方法复杂、制备价格昂贵，且毒性较大，对环境危害大，因此限制了其应用领域。
碳量子点被认为具有优越的发光性能、良好的生物相容性和化学稳定性，且其具有制作方法简单、制备价格低廉和低细胞毒性等特征，故而此类具有环境友好型的纳米材料,已经成为这两年研究的热点。目前，碳量子点已经广泛应用于细胞成像、光化学催化、光致发光/电致发光传感器和生物医学等领域。虽然已有研究人员合成出了碳半导体材料用于葡萄糖传感，但是这类方法操作繁琐，且不能应用于检测血清中的葡萄糖含量。因此，制备一种制作方法简单、绿色环保、且可应用于对血清中葡萄糖的定量检测的检测试剂是本发明亟须解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是为了克服现有技术中检测试剂制作方法复杂、制备价格昂贵，且毒性较大，不能广泛应用于对血糖的检测中，从而提供了一种碳纳米粒子及其制备方法和在血糖检测中的应用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，该方法包括：
（1）将5g/L至饱和浓度的苯硼酸溶液调节pH值至7-9；
（2）向pH值为7-9的苯硼酸溶液中通入氮气，除去溶液中的氧气，得到溶液M1；
（3）在160-200℃下，使所述溶液M1进行水热碳化反应，得到溶液M2；
（4）将所述溶液M2冷却，然后进行离心分离，提取分离出的上清液M3；
（5）将所述上清液M3进行透析，得到碳纳米粒子。
本发明还提供了一种由上述制备方法制备的碳纳米粒子。
本发明还提供了一种上述碳纳米粒子在血糖检测中的应用。
本发明通过水热碳化苯硼酸，从而直接制备带有硼酸基团的碳纳米粒子，通过荧光强度表征出碳纳米粒子和葡萄糖之间的反应，利用荧光分光光度计对反应结果进行检测，从而实现了以一种制作方法简单且绿色环保的碳纳米粒子对血清中葡萄糖含量进行定量检测的方法。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的碳纳米粒子的制备和应用流程图；
图2是根据本发明提供的碳纳米粒子的透射电镜图；
图3是根据本发明提供的碳纳米粒子紫外可见吸收光谱图和荧光光谱图；
图4是根据本发明提供的碳纳米粒子表面官能团的红外表征图；
图5是根据本发明提供的碳纳米粒子X射线光电子能谱（XPS）表征图；
图6是实施例1提供的碳纳米粒子与葡萄糖响应的荧光光谱图及浓度与光谱之间的对应关系。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供了一种碳纳米粒子的制备方法，其中，该方法包括：
（1）将5g/L至饱和浓度的苯硼酸溶液调节pH值至7-9；
（2）向pH值为7-9的苯硼酸溶液中通入氮气，除去溶液中的氧气，得到溶液M1；
（3）在160-200℃下，使所述溶液M1进行水热碳化反应，得到溶液M2；
（4）将所述溶液M2冷却，然后进行离心分离，提取分离出的上清液M3；
（5）将所述上清液M3进行透析，得到碳纳米粒子。
在所述制备方法中，为了使溶液达到pH值为7-9的要求，步骤（1）中，调节pH值采用pH值调节剂进行，其中，所述pH值调节剂根据本发明pH值采用本领域常规使用的pH值调节剂，在本发明中优选为NaOH
在所述制备方法中，为了使溶液中氧气得到更充分的去除，其中，在步骤（2）中，通入氮气的时间为0.5-2小时，优选为1-1.5小时。
在所述制备方法中，为了使所述反应釜能确保在达到所述160℃-200℃的反应温度时仍能正常运行从而确保溶液能得到更充分的反应其中，在步骤（3）中，所述水热碳化反应在聚四氟乙烯反应釜中进行，水热碳化反应的时间为6-10小时，优选为7-9小时。
在所述制备方法中，为了使透析过程能得到我们需要的粒径的碳纳米粒子，其中，在步骤（5）中，所述透析的过程使用截留分子量为100-2000的透析袋进行，所述透析的时间为20-30小时；
优选地，所述透析袋的截留分子量为500-1000，所述透析的时间为23-27小时。
如图2、3、4和5所示，本发明还提供了一种由上述制备方法制备的碳纳米粒子。
如图1和6所示，本发明还提供了一种上述碳纳米粒子在血糖检测中的应用，所述应用通过检测添加了待测试样的碳纳米粒子的荧光强度与葡萄糖浓度关系来推算待测试样中葡萄糖的浓度。
在所述碳纳米粒子在血糖检测中的应用中，其中，待测试样为血清样本时，为了使检测结果更为清晰准确，检测过程包括：
（1）将所述血清样本进行离心，除去其中的大分子物质和蛋白质，得到上清液N1；
（2）将所述上清液N1进行稀释，得到混合物N1；
（3）将所述碳纳米粒子与所述混合物N1混合接触，检测混合接触后得到的混合物的荧光强度，然后通过该荧光强度与葡萄糖浓度关系推算血糖含量。
在所述应用中，为了使得到的上清液更为符合检测的需要且使血清样本能够更为便于检测又不影响检测结果，步骤（1）中的离心过程在超滤离心管中进行，步骤（2）中的稀释过程的稀释倍数为100-300倍，优选为160-240倍。
在所述应用中，为了对检测试剂进行保护，确保结果的精确度，其中，在步骤（3）中，检测过程还包括在混合接触后得到的混合物中加入磷酸缓冲盐溶液，所述磷酸缓冲盐溶液为使用本领域常规使用的磷酸缓冲盐溶液配制方法进行配制，所述磷酸缓冲盐溶液的浓度为0.005-0.015mol/L，优选为0.008-0.012mol/L。
如图1所示，根据本发明的一种优选的实施方式包括：
（1）配置饱和的苯硼酸溶液；
（2）用NaOH将所述饱和苯硼酸溶液pH值为7-9；
（3）向所述pH值为7-9的饱和苯硼酸溶液中通入氮气1-1.5小时，除去溶液中的氧气，得到溶液M1；
（4）将所述溶液M1置于聚四氟乙烯反应釜中，加热至160℃-200℃同时使溶液M1在反应釜中反应7-9小时得到溶液M2；
（5）将溶液M2冷却至室温后将所述溶液M2离心并提取上清液M3；
（6）将所述上清液M3置于分子截流量为500-1000的透析袋中透析23-27小时，得到纯净的碳纳米粒子；
（7）将所述血清样本置于超滤离心管中进行离心；
（8）将所述离心后且除去大分子物质和蛋白质的血清样本稀释160-240倍，得到混合物N1；
（9）用步骤（6）中制备的碳纳米粒子对所述混合物N1中血糖含量进行检测。
以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明。其中，所述苯硼酸为市售分析纯苯硼酸，所述磷酸缓冲盐溶液为使用本领域常规使用的磷酸缓冲盐溶液配置方法进行配制。
实施例1
如图1所示，在20℃的室温条件下，将8g苯硼酸加入到500ml蒸馏水中进行搅拌，至苯硼酸固体不再溶解后静置2小时，将上层清液过滤后得到饱和的苯硼酸溶液；用NaOH对得到的饱和苯硼酸进行酸度调节，得到pH值为7.8的饱和苯硼酸溶液；将上述饱和苯硼酸溶液置于密闭容器中，向容器底部通入氮气通入1小时，充分排尽溶液中的氧气，得到溶液M1；将所述溶液M1置于聚四氟乙烯反应釜中，加热到175℃反应7.5小时，得到溶液M2；将M2冷却至室温后置于离心机中进行离心，提取上清液M3；将所述上清液M3置于分子截流量为500的透析袋中透析24小时，得到碳纳米粒子；将20μL的碳纳米粒子和150μL0.01mol/L的磷酸缓冲盐溶液置于5ml的玻璃管内，向玻璃管内加入不同浓度的葡萄糖溶液至玻璃管中溶液总量为2ml，将玻璃管中溶液进行震荡混匀，放置1小时，使玻璃管中物质充分反应。用荧光分光光度计对玻璃管中物质进行荧光强度测定，如图6所示，得到不同浓度葡萄糖下荧光强度的数值，并根据该数值做出葡萄糖浓度与荧光强度的标准曲线。
实施例2
使用实施例1中得到的碳纳米粒子；将需要进行检测的血清样品置于超滤离心管中进行离心；将离心后且除去大分子物质和蛋白质的血清样本稀释180倍，得到混合物N1；将20μL的碳纳米粒子和150μL0.01mol/L的磷酸缓冲盐溶液置于5ml的玻璃管内，向玻璃管内加入混合物N1至玻璃管中溶液总量为2ml，将玻璃管中溶液进行震荡混匀，放置1小时，使玻璃管中物质充分反应。用荧光分光光度计对玻璃管中物质进行荧光强度测定，根据荧光强度参照标准曲线推算出血清中葡萄糖含量，从而得出血糖的含量。
实施例3
如图1所示，在20℃的室温条件下，将4g苯硼酸加入到500ml蒸馏水中进行搅拌，至苯硼酸固体完全溶解后得到苯硼酸溶液；用NaOH对得到的苯硼酸溶液进行酸度调节，得到pH值为7.2的苯硼酸溶液；将上述苯硼酸溶液置于密闭容器中，向容器底部通入氮气通入1.2小时，充分排尽溶液中的氧气，得到溶液M1；将所述溶液M1置于聚四氟乙烯反应釜中，加热到190℃反应8.5小时，得到溶液M2；将M2冷却至室温后置于离心机中进行离心，提取上清液M3；将所述上清液M3置于分子截流量为1000的透析袋中透析27小时，得到碳纳米粒子；将需要进行检测的血清样品置于超滤离心管中进行离心；将离心后且除去大分子物质和蛋白质的血清样本稀释230倍，得到混合物N1；将20μL的碳纳米粒子和150μL0.01mol/L的磷酸缓冲盐溶液置于5ml的玻璃管内，向玻璃管内加入混合物N1至玻璃管中溶液总量为2ml，将玻璃管中溶液进行震荡混匀，放置1小时，使玻璃管中物质充分反应。用荧光分光光度计对玻璃管中物质进行荧光强度测定，根据荧光强度参照标准曲线推算出血清中葡萄糖含量，从而得出血糖的含量。
实施例4
如图1所示，在20℃的室温条件下，将3g苯硼酸加入到500ml蒸馏水中进行搅拌，至苯硼酸完全溶解后得到苯硼酸溶液；用NaOH对得到的苯硼酸溶液进行酸度调节，得到pH值为8.8的苯硼酸溶液；将上述苯硼酸溶液置于密闭容器中，向容器底部通入氮气通入1.5小时，充分排尽溶液中的氧气，得到溶液M1；将所述溶液M1置于聚四氟乙烯反应釜中，加热到160℃反应7小时，得到溶液M2；将M2冷却至室温后置于离心机中进行离心，提取上清液M3；将所述上清液M3置于分子截流量为1000的透析袋中透析26小时，得到碳纳米粒子；将需要进行检测的血清样品置于超滤离心管中进行离心；将离心后且除去大分子物质和蛋白质的血清样本稀释200倍，得到混合物N1；将20μL的碳纳米粒子和150μL0.01mol/L的磷酸缓冲盐溶液置于5ml的玻璃管内，向玻璃管内加入混合物N1至玻璃管中溶液总量为2ml，将玻璃管中溶液进行震荡混匀，放置1小时，使玻璃管中物质充分反应。用荧光分光光度计对玻璃管中物质进行荧光强度测定，根据荧光强度参照标准曲线推算出血清中葡萄糖含量，从而得出血糖的含量。
实施例5
如图1所示，在20℃的室温条件下，将8g苯硼酸加入到500ml蒸馏水中进行搅拌，至苯硼酸固体不再溶解后静置2小时，将上层清液过滤后得到饱和的苯硼酸溶液；用NaOH对得到的饱和苯硼酸进行酸度调节，得到pH值为8.1的饱和苯硼酸溶液；将上述饱和苯硼酸溶液置于密闭容器中，向容器底部通入氮气通入1小时，充分排尽溶液中的氧气，得到溶液M1；将所述溶液M1置于聚四氟乙烯反应釜中，加热到180℃反应9小时，得到溶液M2；将M2冷却至室温后置于离心机中进行离心，提取上清液M3；将所述上清液M3置于分子截流量为500的透析袋中透析23小时，得到碳纳米粒子；将需要进行检测的血清样品置于超滤离心管中进行离心；将离心后且除去大分子物质和蛋白质的血清样本稀释170倍，得到混合物N1；将20μL的碳纳米粒子和150μL0.01mol/L的磷酸缓冲盐溶液置于5ml的玻璃管内，向玻璃管内加入混合物N1至玻璃管中溶液总量为2ml，将玻璃管中溶液进行震荡混匀，放置1小时，使玻璃管中物质充分反应。用荧光分光光度计对玻璃管中物质进行荧光强度测定，根据荧光强度参照标准曲线推算出血清中葡萄糖含量，从而得出血糖的含量。
检测结果如下表所示：
表1：
由表1可知，这种通过水热碳化苯硼酸，从而直接制备带有硼酸基团的碳纳米粒子，通过荧光强度表征出碳纳米粒子和葡萄糖之间的反应，利用荧光分光光度计对反应结果进行检测，从而检测出血糖的含量的方法，不仅方法简单、成本低廉，同时检测准确度也较高，具有广泛的实用性。实现了以一种制作方法简单且绿色环保的碳纳米粒子对血清中葡萄糖含量进行定量检测的方法。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (13)
1.一种碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将5g/L至饱和浓度的苯硼酸溶液调节pH值至7-9；
(2)向pH值为7-9的苯硼酸溶液中通入氮气，除去溶液中的氧气，得到溶液M1；
(3)在160-200℃下，使所述溶液M1进行水热碳化反应，得到溶液M2；
(4)将所述溶液M2冷却，然后进行离心分离，提取分离出的上清液M3；
(5)将所述上清液M3进行透析，得到碳纳米粒子；其中，
在步骤(3)中，所述水热碳化反应在聚四氟乙烯反应釜中进行，水热碳化反应的时间为6-10小时；在步骤(5)中，所述透析的过程使用截留分子量为100-2000的透析袋进行，所述透析的时间为20-30小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，调节pH值采用pH值调节剂进行。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述pH值调节剂为NaOH。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，通入氮气的时间为0.5-2小时。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，通入氮气的时间为1-1.5小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，水热碳化反应的时间为7-9小时。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(5)中，所述透析袋的截留分子量为500-1000，所述透析的时间为23-27小时。
8.由权利要求1-7中任意一项所述的方法制备的碳纳米粒子。
9.权利要求8所述的碳纳米粒子在血糖检测中的应用，其特征在于，待测试样为血清样本时，检测过程包括：
(1)将所述血清样本进行离心，除去其中的大分子物质和蛋白质，得到上清液N1；
(2)将所述上清液N1进行稀释，得到混合物N1；
(3)将所述碳纳米粒子与所述混合物N1混合接触，检测混合接触后得到的混合物的荧光强度，然后通过该荧光强度与葡萄糖浓度关系推算血糖含量。
10.根据权利要求9所述的应用，其中，步骤(1)中的离心过程在超滤离心管中进行，步骤(2)中的稀释过程的稀释倍数为100-300倍。
11.根据权利要求10所述的应用，其中，步骤(2)中的稀释过程的稀释倍数为160-240倍。
12.根据权利要求9所述的应用，其中，在步骤(3)中，检测过程还包括在混合接触后得到的混合物中加入磷酸缓冲盐溶液，所述磷酸缓冲盐溶液的浓度为0.005-0.015mol/L。
13.根据权利要求12所述的应用，其中，在步骤(3)中，所述磷酸缓冲盐溶液的浓度为0.008-0.012mol/L。
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