CN104555984A - 一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用。本发明以鸡蛋清为原料，建立了一步合成高荧光量子效率碳量子点的简易合成方法。该方法包括下述步骤：将鸡蛋清与水混合搅拌；再将混合液与浓硫酸混合搅拌，放入水浴锅；再调节pH，离心去除未溶解的残渣；再将二氯甲烷加入离心后的上清液，离心去除无荧光的脂溶性物质；最后将离心后的上清液过膜，制得荧光标记材料。本方法在合成过程中，无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，仅需水浴锅等常规仪器设备，反应条件温和，操作简便，成本很低，一般实验室均可进行，具有良好的可推广性。

Description

一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料合成技术领域，尤其涉及一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用。
背景技术
碳量子点是2004年发现的一种以碳为骨架的新型纳米材料，是一种分散的、尺寸小于100nm的类球形的纳米课题。相对于传统的半导体量子点、稀土荧光标记材料和有机荧光染料染料，具有毒性小、生物相容性好等优点，而且发光范围可调、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化等优势，在细胞成像、生化分析等领域有很大的应用前景，近年来发展较快。
碳量子点的碳源从最初的碳纳米管、石墨、炭黑、蜡烛灰、天然气烟灰、柠檬酸盐等含有碳有机化学试剂，逐渐到活性炭、糖类、淀粉、维C、碳纤维，再到现在木炭灰、花生皮、西瓜皮和咖啡渣等废品都可以简单合成各种可见光的碳量子点。
CN 103588189 A公开了一种基于鸡蛋水热合成碳量子点的方法，该方法将鸡蛋蛋白和蛋黄分开，取蛋白或者蛋黄稀释后，离心去除不溶物，置于水热反应釜中，140-220℃反应6-48小时，再离心透析得到碳量子点。该方法虽然用鸡蛋这种廉价易得的材料，但是需要专门的仪器和长时间的合成。CN 102583307 A公开了一种鸡蛋中提取的荧光量子点、制备方法及其应用，该方法利用蛋清分离器将新鲜的蛋清和蛋黄完全分离，置于冰箱中冷藏；再将分离后的蛋清或蛋黄置于玻璃皿中，利用低温等离子体直接对其进行本体处理，得到黑色固体产物；再将黑色固体产物分散于溶剂中，磁力搅拌后进行超声处理，使样品分散均匀；最后将所得的悬浊液离心除去沉淀，再用超滤膜对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到碳量子点荧光标记材料。该方法需要低温等离子体这样的贵重仪器，成本较高。
荧光碳量子点作为新型荧光碳纳米材料，不仅具有优异的光学性能及小尺寸特性等优点，还是环境友好型新材料，所以进一步寻求其优良的合成方法有着很大的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用，所述方法在合成过程中，无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，仅需水浴锅等常规仪器设备，在较短时间内，即可制得荧光标记材料。
第一方面，本发明提供了一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将鸡蛋清与水按比例混合；
(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，搅拌均匀，放入水浴锅；
(3)调节pH，再离心去除未溶解的残渣；
(4)将二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再离心去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过膜，制得荧光标记材料。
所述的鸡蛋清来自于普通市售的新鲜鸡蛋。
优选地，步骤(1)所述的鸡蛋清与水按体积比为1：(5-20)进行混合，例如可以是1：5、1：6、1：7、1：8、1：9、1：10、1：11、1：12、1：13、1：14、1：15、1：16、1：17、1：18、1：19或1：20，优选为1：(8-13)，进一步优选为1：10。
优选地，浓硫酸为质量分数大于等于98％的硫酸。
优选地，步骤(2)所述的混合液与浓硫酸按体积比为(10-2)：1进行混合，例如可以是10：1、5：1、10：3、5：2或2：1，优选为5：2。
优选地，步骤(2)所述水浴锅的温度为40-80℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，优选为50-70℃，进一步优选为50℃。
优选地，步骤(2)所述水浴锅的水浴时间为1-5小时，例如可以是1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时、4小时、4.5小时或5小时，优选为1.5-3小时，进一步优选为2小时。
优选地，步骤(3)所述的调节pH到5-9，例如可以是5、6、6.5、7、7.5、8、8.5或9，优选为6-8。
优选地，步骤(4)所述二氯甲烷的加入量为1-8mL，例如可以是1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL或8mL，优选为2-5mL，进一步优选为3mL。
优选地，步骤(3)和(4)所述离心的转速为4000-8000r/min，例如可以是4000r/min、4500r/min、5000r/min、5500r/min、6000r/min、6500r/min、7000r/min、7500r/min或8000r/min，优选为4500-6000r/min，进一步优选为5000r/min。
优选地，步骤(3)和(4)所述离心的时间为3-10min，例如可以是3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min，优选为4-8min，进一步优选为5min。
优选地，步骤(5)所述的滤膜的孔径可以为0.1-1.2μm，例如可以是0.1μm、0.22μm、0.45μm、0.65μm或1.2μm，优选为0.45μm。
本发明提供了一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将鸡蛋清与水按体积比1：10混合；
(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，混合液与浓硫酸的体积比为5：2，搅拌5min，放入50℃的水浴锅，水浴时间2小时；
(3)加入NaOH，调节pH至7，在5000r/min离心5min，去除未溶解的残渣；
(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，在5000r/min离心5min，去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的膜，制得荧光标记材料。
第二方面，本发明还提供了一种如本发明第一方面所述的方法制备的碳量子点荧光标记材料。
第三方面，本发明还提供了一种如第二方面所述的碳量子点荧光标记材料在生物标记、重金属分析、抗体标记和细胞染色方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明制备的碳量子点荧光标记材料，采用鸡蛋清作为碳源，原料廉价易得，所得的水溶性碳量子点有很好的单分散性，荧光性质和量子产率高，稳定性好，具有良好的水溶性；
(2)本发明的碳量子点荧光标记材料的制备方法设备简单，合成过程无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，仅需水浴锅等常规仪器设备，反应条件温和，反应时间较短，操作简便，成本低，毒性小；
(3)本发明的碳量子点荧光标记材料作为荧光标记物广泛用于生物标记、重金属分析、抗体标记、细胞染色等工作。一般实验室均可进行，具有良好的可推广性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式1的透射电镜照片。
图2是本发明具体实施方式1中的以鸡蛋清制备的碳量子点荧光光谱特征图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例1
一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：
(1)取鸡蛋一个打碎，仅保留蛋清部分，吸取4ml鸡蛋清溶解于40ml去离子水中，均质约3min；
(2)取10mL步骤(1)的混合液转移到50ml小烧杯中，加入浓H2SO4溶液4mL，搅拌均匀，在50℃条件下水浴2小时；
(3)加入NaOH溶液，调节pH至7，再在转速5000r/min离心5min去除未溶解的残渣；
(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速5000r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的滤膜，制得荧光标记材料。
从图1可以看出制备的鸡蛋清碳源量子点标记材料为圆形，颗粒状，单分散性好，没有聚集，粒径在10-120nm；从图2可以看出所制得的以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料，最大激发波长254nm，最大发射波长363nm，能有效的作为荧光标记材料。
实施例2
一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：
(1)取鸡蛋一个打碎，仅保留蛋清部分，吸取4ml鸡蛋清溶解于20ml去离子水中，均质约5min；
(2)取10mL步骤(1)的混合液转移到50ml小烧杯中，加入浓H2SO4溶液4mL，搅拌均匀，在60℃条件下水浴3小时；
(3)加入NaOH溶液，调节pH至7.5，再在转速5500r/min离心5min去除未溶解的残渣；
(4)将1mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速5500r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过0.1μm的滤膜，制得荧光标记材料。
实施例3
一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：
(1)取鸡蛋一个打碎，仅保留蛋清部分，吸取4ml鸡蛋清溶解于80ml去离子水中，均质约2min；
(2)取10mL步骤(1)的混合液转移到50ml小烧杯中，加入浓H2SO4溶液4mL，搅拌均匀，在40℃条件下水浴4小时；
(3)加入NaOH溶液，调节pH至7，再在转速6000r/min离心5min去除未溶解的残渣；
(4)将5mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速6000r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过0.22μm的滤膜，制得荧光标记材料。
实施例4
一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：
(1)取鸡蛋一个打碎，仅保留蛋清部分，吸取4ml鸡蛋清溶解于40ml去离子水中，均质约3min；
(2)取10mL步骤(1)的混合液转移到50ml小烧杯中，加入浓H2SO4溶液1mL，搅拌均匀，在40℃条件下水浴5小时；
(3)加入NaOH溶液，调节pH至7，再在转速8000r/min离心3min去除未溶解的残渣；
(4)将8mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速8000r/min离心3min去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过1.2μm的滤膜，制得荧光标记材料。
实施例5
一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：
(1)取鸡蛋一个打碎，仅保留蛋清部分，吸取4ml鸡蛋清溶解于40ml去离子水中，均质约3min；
(2)取10mL步骤(1)的混合液转移到50ml小烧杯中，加入浓H2SO4溶液5mL，搅拌均匀，在80℃条件下水浴1小时；
(3)加入NaOH溶液，调节pH至7，再在转速4000r/min离心8min去除未溶解的残渣；
(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速4000r/min离心8min去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的滤膜，制得荧光标记材料。
实施例1-4制作的碳量子点荧光标记材料及荧光效果与实施例1类似。
综合实施例1-5，可以看出：
实施例1-5重复性好，表明制作出来的标记材料稳定性高。采用鸡蛋清作为碳源，原料廉价易得，所得的水溶性碳量子点有很好的单分散性，荧光性质和量子产率高，稳定性好，具有良好的水溶性；仅需水浴锅等常规仪器设备，反应条件温和，反应时间较短，操作简便，成本低，毒性小，广泛用于生物标记、重金属分析、抗体标记、细胞染色等工作。
本方法在合成过程中，无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，仅需水浴锅等常规仪器设备，反应条件温和，操作简便，成本很低，一般实验室均可进行，具有良好的可推广性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种以鸡蛋清为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将鸡蛋清与水按比例混合；
(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，搅拌均匀，放入水浴锅；
(3)调节pH，再离心去除未溶解的残渣；
(4)将二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再离心去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过膜，制得荧光标记材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的鸡蛋清与水按体积比为1：(5-20)进行混合，优选为1：(8-13)，进一步优选为1：10。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的混合液与浓硫酸按体积比为(10-2)：1进行混合，优选为5：2；
优选地，步骤(2)所述水浴锅的温度为40-80℃，优选为50-70℃，进一步优选为50℃；
优选地，步骤(2)所述水浴锅的水浴时间为1-5小时，优选为1.5-3小时，进一步优选为2小时。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的调节pH到5.5-8.5，优选为6-8。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述二氯甲烷的加入量为1-8mL，优选为2-5mL，进一步优选为3mL。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)所述离心的转速为4000-8000r/min，优选为4500-6000r/min，进一步优选为5000r/min；
优选地，步骤(3)和(4)所述离心的时间为3-10min，优选为4-8min，进一步优选为5min。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述的滤膜的孔径为0.1-1.2μm，优选为0.45μm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将鸡蛋清与水按体积比1：10混合；
(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，混合液与浓硫酸的体积比为5：2，搅拌5min，放入50℃的水浴锅，水浴时间2小时；
(3)加入NaOH，调节pH至7，在5000r/min离心5min，去除未溶解的残渣；
(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，在5000r/min离心5min，去除无荧光的脂溶性物质；
(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的膜，制得荧光标记材料。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法制备的碳量子点荧光标记材料。
10.根据权利要求9所述的碳量子点荧光标记材料在生物标记、重金属分析、抗体标记和细胞染色方面的应用。
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TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20220120

Address after: Room 320, floor 3, building 49, yard 2, Yuanmingyuan West Road, Haidian District, Beijing 100193

Patentee after: Beijing Zhongnong taste detection technology Co.,Ltd.

Address before: 100193 Building 1, Scientific Research Institute of agricultural products processing, Academy of Agricultural Sciences, No. 2, Yuanmingyuan West Road, Haidian District, Beijing

Patentee before: INSTITUTE OF FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Application publication date: 20150429

Assignee: Yantai Leguai Food Co.,Ltd.

Assignor: Beijing Zhongnong taste detection technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023110000050

Denomination of invention: A Carbon Quantum Dot Fluorescence Labeling Material Using Egg White as a Carbon Source and Its Preparation Method and Application

Granted publication date: 20160914

License type: Common License

Record date: 20230327

Application publication date: 20150429

Assignee: Yantai Weixi Food Technology Co.,Ltd.

Assignor: Beijing Zhongnong taste detection technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023110000049

Denomination of invention: A Carbon Quantum Dot Fluorescence Labeling Material Using Egg White as a Carbon Source and Its Preparation Method and Application

Granted publication date: 20160914

License type: Common License

Record date: 20230327

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Application publication date: 20150429

Assignee: Yantai Jiuda Agricultural Technology Co.,Ltd.

Assignor: Beijing Zhongnong taste detection technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023110000052

Denomination of invention: A Carbon Quantum Dot Fluorescence Labeling Material Using Egg White as a Carbon Source and Its Preparation Method and Application

Granted publication date: 20160914

License type: Common License

Record date: 20230329

Application publication date: 20150429

Assignee: Yantai Zhengwei Food Co.,Ltd.

Assignor: Beijing Zhongnong taste detection technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023110000051

Denomination of invention: A Carbon Quantum Dot Fluorescence Labeling Material Using Egg White as a Carbon Source and Its Preparation Method and Application

Granted publication date: 20160914

License type: Common License

Record date: 20230329