CN106744811A - 微波合成水溶性碳量子点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波合成水溶性碳量子点的方法，包括以下步骤：1)甘蔗渣前处理；2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入1～3g丙三醇，置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；4)过滤所述棕色溶液，得滤液；5)透析所述滤液，得透析液；6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。本发明制备出的水溶性碳量子点具有水溶性好、荧光稳定、生物相容性好，无污染、无毒的优点，在生物标记、生物传感和荧光探针等方面具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于荧光材料制备技术领域，具体涉及一种微波合成水溶性碳量子点的方法。
背景技术
近年来，荧光碳纳米材料因其具有良好的光学特性和细胞低毒性引起了科研工作者们的广泛研究。它具有较好的光稳定性，且无毒副离子的存在，适用于长时间的检测和示踪的实验，在生物标记和分析检测等方面具有广阔的应用前景。碳量子点(CQDs)呈现出的亲水性、低细胞毒性、化学及光稳定性等优异性质，使其在化学、生物医学、传感学及光电子学领域得到了广泛的关注与应用。
碳量子点的制备方法目前主要有两种：自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即从较大的碳结构剥落制备碳纳米颗粒的物理方法，再通过聚合物表面钝化的方式使其有效发光，主要包括电弧放电、激光剥蚀、电化学氧化、电子书辐射等。该方法往往需要严格的实验条件和特殊的能源，成本高，而且获得的碳量子产率比较低。自下而上的合成方法，即通过热解或碳化合适的前驱物直接合成荧光碳量子点，方法包括：燃烧法、热液碳化法、超声法等，但这类方法所采用的往往都是不可再生能源且需要严格的后期处理，所以也不利于持续并规模生产荧光碳量子点。因此，寻找廉价易得、天然无毒的原料，利用简易有效的方法快速制备异性优异且高量子产率的碳量子点显得尤其重要。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种微波合成水溶性碳量子点的方法，包括以下步骤：
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入1～3g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述前处理包括：去糖、洗涤、干燥。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，所述乙二醇水溶液浓度为：每15ml超纯水中加入2g丙三醇。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述水溶性碳量子点应用于生物标记、生物传感、荧光探针、防伪标记以及免疫层析产品领域。
优选的是，所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述前处理具体为：将甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣与磁化水，于氮气氛围下55℃蒸煮3h，向其中加入纤维素酶，所述纤维素酶重量为所述甘蔗渣重量的3％，混合均匀，30℃保持60min，过滤，得滤渣；混合再高压挤压至滤渣含水量低于8％；将滤渣置于炉中进行灼烧处理，再自然冷却，灼烧过程往炉中通入氮气直至滤渣冷却，以保证灼烧过程和冷却过程炉中均为氮气氛围，即得经前处理的甘蔗渣。
本发明至少包括以下有益效果：
1.本发明直接采用微波法进行水溶性碳量子点的制备，碳源丰富、廉价，有利于对废弃物的回收再利用，制备过程简易，制备全过程无污染、无毒、绿色环保，可大量制备。
2.本发明制备出的水溶性碳量子点具有水溶性好、荧光稳定、生物相容性好，无污染、无毒的优点，在生物标记、生物传感和荧光探针等方面具有重要的应用价值。
3.本发明制备的水溶性碳量子点量子产率高，高达94.5％。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明制备的水溶性碳量子点的荧光激发和荧光发射图谱；
图2为实施例2制备的水溶性碳量子点的量子产率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入1g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述前处理包括：去糖、洗涤、干燥。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
实施例2
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入2g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述前处理包括：去糖、洗涤、干燥。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
实施例3
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入3g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述前处理包括：去糖、洗涤、干燥。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
实施例4
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入1g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
所述前处理具体为：将甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣与磁化水，于氮气氛围下55℃蒸煮3h，向其中加入纤维素酶，所述纤维素酶重量为所述甘蔗渣重量的3％，混合均匀，30℃保持60min，过滤，得滤渣；混合再高压挤压至滤渣含水量低于8％；将滤渣置于炉中进行灼烧处理，再自然冷却，灼烧过程往炉中通入氮气直至滤渣冷却，以保证灼烧过程和冷却过程炉中均为氮气氛围，即得经前处理的甘蔗渣。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
实施例5
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入2g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
所述前处理具体为：将甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣与磁化水，于氮气氛围下55℃蒸煮3h，向其中加入纤维素酶，所述纤维素酶重量为所述甘蔗渣重量的3％，混合均匀，30℃保持60min，过滤，得滤渣；混合再高压挤压至滤渣含水量低于8％；将滤渣置于炉中进行灼烧处理，再自然冷却，灼烧过程往炉中通入氮气直至滤渣冷却，以保证灼烧过程和冷却过程炉中均为氮气氛围，即得经前处理的甘蔗渣。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
实施例6
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：向每15ml超纯水中加入3g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
所述前处理具体为：将甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣与磁化水，于氮气氛围下55℃蒸煮3h，向其中加入纤维素酶，所述纤维素酶重量为所述甘蔗渣重量的3％，混合均匀，30℃保持60min，过滤，得滤渣；混合再高压挤压至滤渣含水量低于8％；将滤渣置于炉中进行灼烧处理，再自然冷却，灼烧过程往炉中通入氮气直至滤渣冷却，以保证灼烧过程和冷却过程炉中均为氮气氛围，即得经前处理的甘蔗渣。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
免疫层析分析试验
本发明制备得到的水溶性碳量子点可以和抗体结合进行免疫层析分析。抗体结合的荧光碳量子点越多，对应的荧光强度越强，利用其荧光信号的强弱可以进行定量分析。
现在对实施例2制备得到的水溶性碳量子点进行以下免疫层析分析试验：
(1)在缓冲液体系下，通过二环已基二亚胺(DCC)或者二异丙基碳二亚胺(DIC)处理可以与链酶亲和素交联，然后与生物素标记的抗体结合，获得结合水溶性碳量子点的抗体。
(2)免疫层析试纸条包括依次设置的加样区、结合物释放区、反应区和吸水区；所述结合物释放区为包被结合有水溶性碳量子点的抗体的结合物释放垫；所述反应区为分为测试区和控制区，所述反应区为测试区包被与抗体结合的抗原、控制区包被抗鼠IgG抗体的固体支持物。
(3)将结合水溶性碳量子点的抗体喷涂在结合物释放垫上获得结合物释放区；
将抗原和抗鼠IgG抗体喷涂在反应区的固体支持物上，分别形成测试区、控制区获得反应区；
将加样区、结合物释放区、反应区和吸水区依次相互搭接的粘贴在背衬上即得。
其中，本发明所述免疫层析试剂盒中免疫层析试纸条上喷涂的抗原针对不同检测物可以选择与检测物相适应的抗原。
二、防伪标记试验
将实施例2制备的水溶性碳量子点加入纯水中，制备浓度为2mg/mL水溶性碳量子点水溶液2mL，将其与5mL聚乙烯醇(5.0wt％)混合，将混合后的溶液用刷子均匀涂布到玻璃片上，之后将玻璃片置于65℃烘箱中1小时，取出玻璃片拍照，经过对比可知，玻璃片在自然光下没有任何颜色，而在365nm紫外灯下可见明亮的绿色荧光，故碳量子点可用作防伪标记。
根据图2中水溶性碳量子点构成直线的斜率和硫酸奎宁点构成直线的斜率的比值乘以硫酸奎宁的量子产率(硫酸奎宁为标准量，其量子产率为54％)可以计算得出本发明的量子产率为94.5％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)甘蔗渣前处理；
2)制备聚乙二醇水溶液，其浓度为：每15ml超纯水中加入1～3g丙三醇，将聚乙二醇溶液置于微波环境中，进行微波处理，得清澈溶液备用；
3)将前处理得到的甘蔗渣加入所述步骤2)得到的清澈溶液中，搅拌；再置于微波环境下，进行微波处理，得棕色溶液；
4)过滤所述棕色溶液，得滤液；
5)透析所述滤液，得透析液；
6)恒温条件下将透析液蒸发得到水溶性碳量子点。
2.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤2)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为100℃，反应功率为80W，反应时间为5min。
3.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤3)中，置于微波环境下，进行微波处理所，具体为：置于微波合成仪的反应管中，且温度为160℃，反应功率为200W，反应时间为25min。
4.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤6)中，蒸发，具体为旋转蒸发；恒温，为恒温60℃。
5.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述前处理包括：去糖、洗涤、干燥。
6.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述透析，具体为采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小时。
7.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤4)中，采用砂芯漏斗进行过滤。
8.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述乙二醇水溶液浓度为：每15ml超纯水中加入2g丙三醇。
9.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述水溶性碳量子点应用于生物标记、生物传感、荧光探针、防伪标记以及免疫层析产品领域。
10.如权利要求1所述的微波合成水溶性碳量子点的方法，其特征在于，所述前处理具体为：将甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣与磁化水，于氮气氛围下55℃蒸煮3h，向其中加入纤维素酶，所述纤维素酶重量为所述甘蔗渣重量的3％，混合均匀，30℃保持60min，过滤，得滤渣；再高压挤压至滤渣含水量低于8％；将滤渣置于炉中进行灼烧处理，再自然冷却，灼烧过程往炉中通入氮气直至滤渣冷却，以保证灼烧过程和冷却过程炉中均为氮气氛围，即得经前处理的甘蔗渣。
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