CN104150468A - 一种石墨烯量子点的分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石墨烯量子点的分离方法，包括如下步骤：（1）制备石墨烯量子点水溶液；（2）在恒定电压下，进行凝胶电泳分离石墨烯量子点，所述凝胶为聚丙烯酰胺或琼脂糖；（3）将凝胶在紫外灯下按条带颜色切割，将切割的条带分别用超纯水在室温下浸泡3-24小时；（4）过滤收集上清液得到具有不同荧光的石墨烯量子点溶液；（5）用荧光分光光度计和原子力显微镜表征分离得到的石墨烯量子点溶液。本发明利用石墨烯量子点的大小和所带电荷成正比，在电场的作用下其在孔状介质中移动的速度与其大小成反比的原理，实现对所述石墨烯量子点的分离。该分离方法简单易于实施，分离得到的石墨烯量子点可以用于生物或者医药等领域。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，更具体地讲，涉及一种石墨烯量子点的简单分离方法。
背景技术
石墨烯量子点是二维尺寸小于100 纳米的石墨烯。一些石墨烯量子点的表面具有含氧官能团，具有良好的水溶性和生物相容性，在生物医药等领域有着广泛的应用。同时，石墨烯量子点因为量子效应和边界效应而表现出优异的光电子学和热学性质，在材料领域具有很好的应用价值。用目前文献报道的制备方法得到的往往是具有较大性质差异的石墨烯量子点的混合物，这为石墨烯量子点在生物、医药、以及材料等领域的应用带来很大限制。因此，分离得到具有一定特性的石墨烯量子点对石墨烯量子点的实际应用十分重要。
发明内容
本发明的目的在于，针对大部分制备石墨烯量子点的方法都存在得到的石墨烯量子点性质差异很大，从而限制了其后续在生物医药以及材料领域的应用的缺陷，本发明提供了一种简单分离石墨烯量子点的方法，可以分离得到具有特定荧光性质的石墨烯量子点。
为实现以上目的，本发明公开以下技术方案：一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）利用光费顿反应制备石墨烯量子点水溶液，即以H2O2为氧化剂，Fe3+为催化剂，在紫外光辐射下制石墨烯量子点水溶液，将反应得到的产物在超纯水中透析，去除未反应H2O2和反应产生的小分子，得到纯净的石墨烯量子点水溶液；
（2）将步骤（1）获得的石墨烯量子点水溶液与甘油混合均匀，用注射器将石墨烯量子点加入凝胶上样孔，在恒定电压下，进行凝胶电泳，所述凝胶为聚丙烯酰胺或琼脂糖；
（3）将步骤（2）获得的凝胶在紫外灯下按条带颜色切割，将切割的条带分别用超纯水在室温下浸泡3-24 小时；
（4）过滤收集上清液得到具有不同荧光的石墨烯量子点溶液；
（5）用荧光分光光度计和原子力显微镜表征分离得到的石墨烯量子点溶液。
作为一个优选方案，步骤（1）所述透析是指用1000 Da的透析袋，100倍体积的超纯水透析石墨烯量子点水溶液。
作为一个优选方案，步骤（2）所述聚丙烯酰胺的质量分数为7-25%，优选25%。
作为一个优选方案，步骤（2）所述琼脂糖的质量分数为0.5-1.5%，优选1.2%。
作为一个优选方案，步骤（2）所述恒定电压是指，凝胶为聚丙烯酰胺时，恒定电压为150 V，凝胶为琼脂糖时，恒定电压为100 V。
作为一个优选方案，步骤（2）所述石墨烯量子点水溶液与甘油体积比为50:1-100:1。
作为一个优选方案，步骤（4）所述过滤是指用0.22μm的过滤膜过滤溶液。
利用光费顿反应制备的石墨烯量子点边缘具有很多可电离的羧基，在电泳缓冲溶液中带负电荷，所以在电场中作用下向正极移动。所述石墨烯量子点随着大小尺寸的增加，周边的羧基呈正比增长，但电荷和质量比呈下降趋势。而且石墨烯量子点随着尺寸的增加，在网状结构的凝胶介质中的泳动阻力也增加，所以不同的氧化石墨烯量子点在凝胶介质能够得到分离。
本发明的优点在于：琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶根据浓度不同，可以制成孔隙度和分辨率不同的介孔介质。根据现有石墨烯量子点的不同选择不同浓度的琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶，通过电泳分离出不同的、具有特定荧光性质的石墨烯量子点。该分离体系分离方法简单，易于实施，分离得到的石墨烯量子点可以直接应用于生物、医药、以及材料领域。
附图说明
图1 为本发明分离方法的示意图。
图2为石墨烯量子点的聚丙烯酰胺凝胶电泳图。
图3为分离得到的不同石墨烯量子点的荧光发射光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1. 利用25%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离石墨烯量子点
一、进行凝胶电泳：
第一步、将石墨烯量子点水溶液用1000Da透析袋进行充分透析，得到纯净的石墨烯量子点水溶液；
第二步、取TBE缓冲液1.7 mL，30%聚丙烯酰胺溶液8.3 mL，并加入110 μL 10%过硫酸铵溶液和20 μL四甲基乙二胺，混匀后用移液枪从一侧加入灌胶模具，上方留约1.5-2cm用于上样。TBE电泳缓冲液配制：称取5.84 g EDTA，55 g H3BO3和108 g称量氨基丁三醇 108g溶 解于1000 mL超纯水中，配制成10 × TBE的浓溶液，用NaOH调pH至8.3，4 ℃冰 箱中保存。使用时稀 释10倍；
第三步、待凝胶凝固完毕，将石墨烯量子点与甘油按100:1（V/V）比例混合均匀，用注射器加入上样孔，用150V电压下进行电泳。图2为石墨烯量子点的聚丙烯酰胺凝胶电泳图。
二、将不同的石墨烯量子点从凝胶中分离回收：
第一步、在紫外灯照射下，将凝胶按照条带颜色不同切割分离。紫外灯是指Tanon 3500凝胶成像系统中激发光源为302 nm的紫外灯。
第二步、将得到的各种条带分别置于离心管中，加入2 mL超纯水（刚好能浸没凝胶），在室温下放置3h；
第三步、将上述得到的石墨烯量子点水溶液用0.22μm的过滤膜过滤溶液，得到纯净的石墨烯量子点水溶液。
三、分离效果检测：
测定分离得到的不同的石墨烯水溶液的荧光发射，观察出峰波长和半峰宽。利用原子力显微镜表征分离得到的石墨烯量子点大小和厚度。图3为分离得到的不同石墨烯量子点的荧光发射光谱。
实施例2. 利用15%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离石墨烯量子点
一、进行凝胶电泳：
第一步、将石墨烯量子点水溶液用1000Da透析袋进行充分透析，得到纯净的石墨烯量子点水溶液；
第二步、取TBE缓冲液5 mL，30%聚丙烯酰胺溶液5 mL，并加入110 μL 10%过硫酸铵溶液和20 μL四甲基乙二胺，混匀后用移液枪从一侧加入灌胶模具，上方留约1.5-2cm用于上样；
第三步、待凝胶凝固完毕，将400μL 2.5 mg/mL石墨烯量子点与甘油按100:1（V/V）比例混合均匀，用注射器加入上样孔，用150V电压下进行电泳。
二、将不同的石墨烯量子点从凝胶中分离回收：
第一步、在紫外灯照射下，将凝胶按照条带颜色不同切割分离；
第二步、将得到的各种颜色凝胶条带分别置于离心管中，加入2 mL超纯水，在室温下放置3h；
第三步、将上述得到的石墨烯量子点水溶液用0.22μm的过滤膜过滤溶液，得到纯净的石墨烯量子点水溶液。
三、分离效果检测：
测定分离得到的不同的石墨烯水溶液的荧光发射，观察出峰位置和半峰宽。利用原子力显微镜测定分离得到的石墨烯量子点的大小和厚度。
实施例3. 利用1.2%琼脂糖凝胶电泳分离石墨烯量子点
一、进行凝胶电泳：
第一步、将石墨烯量子点水溶液用1000Da透析袋进行充分透析，得到纯净的石墨烯量子点水溶液；
第二步、称取0.96 g琼脂糖并量取1 × TBE缓冲液80 mL，一起放入锥形瓶中煮沸后倒入胶槽中，插上样品梳子；
第三步、待凝胶凝固完毕，400μL 2.5 mg/mL石墨烯量子点与甘油按100:1（V/V）比例混合均匀，用注射器加入上样孔至上样孔满，在100V电压下进行电泳。
二、将不同的石墨烯量子点从凝胶中分离回收：
第一步、在紫外灯照射下，将凝胶按照条带颜色不同切割分离；
第二步、将得到的各种条带分别置于离心管中，加入2 mL超纯水，在室温下放置3h；
第三步、将上述得到的石墨烯量子点水溶液用0.22μm的过滤膜过滤溶液，得到纯净的石墨烯量子点水溶液。
三、分离效果检测：
测定分离得到的不同的石墨烯水溶液的荧光发射，观察出峰位置和半峰宽。利用原子力显微镜测定分离得到的石墨烯量子点的大小和厚度。
以上实施例中基于石墨烯量子点带负电荷，在电场中向正极移动，而且基于石墨烯量子点自身的尺寸越小，所带的负电荷和质量比越大的原理，利用聚丙烯酰胺和琼脂糖凝胶的网状结构，在电泳的过程中，石墨烯量子点依据分子量大小、及其所带的电荷量不同，通过电泳不同性质的石墨烯量子点得到分离。该分离体系分离方法简单，易于实施，分离得到的石墨烯量子点可直接应用于生物、医药、以及材料领域的研发。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1. 一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）利用光费顿反应制备石墨烯量子点水溶液，即以H2O2为氧化剂，Fe3+为催化剂，在紫外光辐射下制石墨烯量子点水溶液，将反应得到的产物在超纯水中透析，去除未反应H2O2和反应产生的小分子，得到纯净的石墨烯量子点水溶液；
（2）将步骤（1）获得的石墨烯量子点水溶液与甘油混合均匀，用注射器将石墨烯量子点加入凝胶上样孔，在恒定电压下，进行凝胶电泳分离石墨烯量子点，所述凝胶为聚丙烯酰胺或琼脂糖；
（3）将步骤（2）获得的凝胶在紫外灯下按条带颜色切割，将切割的条带分别用超纯水在室温下浸泡3-24 小时；
（4）过滤收集上清液得到具有不同荧光的石墨烯量子点溶液；
（5）用荧光分光光度计和原子力显微镜表征分离得到的石墨烯量子点溶液。
2. 根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，步骤（1）所述透析是指用1000 Da的透析袋，100倍体积的超纯水透析石墨烯量子点水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，步骤（2）所述聚丙烯酰胺的质量分数为7-25%。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的质量分数为25%。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，步骤（2）所述琼脂糖的质量分数为0.5-1.5%。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，所述琼脂糖的质量分数为1.2%。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，步骤（2）所述恒定电压是指，凝胶为聚丙烯酰胺时，恒定电压为150 V，凝胶为琼脂糖时，恒定电压为100 V。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，步骤（2）所述石墨烯量子点水溶液与甘油体积比为50:1-100:1。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的分离方法，其特征在于，步骤（4）所述过滤是指用0.22μm的过滤膜过滤溶液。
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