CN107880879A - 一种碳量子点多色荧光探针及制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医学技术研究领域，具体涉及一种碳量子点多色荧光探针及制备方法和用途。将柠檬酸和BPEI加入到去离子水中，水浴条件下搅拌至BPEI完全溶解后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，高压加热反应。待反应釜冷却至室温，将混合物离心除去大分子的碳量子点。最后，将碳量子点干燥后再分散在去离子水形成碳量子点溶液。取用NaOH溶液和稀硫酸配置的pH值为1‑13的溶液，滴加到碳量子点溶液中，静置后测试其荧光。

Description

一种碳量子点多色荧光探针及制备方法和用途
技术领域
本发明属于生物医学技术研究领域，具体涉及一种碳量子点多色荧光探针及制备方法和用途。
背景技术
荧光检测技术一直是生物医学检测中的重要手段之一。近年来，碳量子点因其尺寸与光谱可调的优良特性越来越受到生物医学研究者的重视，并已在分子标记、生物检测、医学成像等方面取得了重要应用。碳量子点能够稳定发光，并能对外界分子或离子作出线性响应，开发相应的光学或光谱学检测方法，则是一个很有意义的研究工作。
碳量子点是一类新型的碳纳米材料，目前人们已可实现了蓝绿等不同发光颜色的碳量子点。深入研究碳量子点多色荧光的量子力学机制及发光调控的工艺技术，进一步拓展其在光电子、生物电子学等领域的功能和应用，是现在课题的研究热点之一。此外，碳量子点具有较低的生物毒性、优良的生物相容性、较高的比表面，且表面具有较多官能团，这为生物分子的组装与检测提供了优良的材料科学基础，从而使它成为生物传感的重要候选材料。
目前，基于碳量子点多色荧光的定量生物分析及人的血清蛋白等工作国际上尚很少见，特别是双光子荧光和时间分辨检测将成为我们独特的视角，相信可以开展一系列创新性的探讨，进而拓展碳量子点的生物医学检测、成像等方面的应用，发展新的生物检测技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多色荧光生物传感器，力图融合碳量子点多色荧光的优良光电特性及其生物学方面的优点，研究碳量子点的尺度、形状及发光特性的调控方法与物理机制，探讨生物分子的组装方法，构建可视化的生物传感器。
本发明按如下步骤实现：一种荧光多胺官能团修饰的碳量子点的操作步骤如下：
a.将柠檬酸和BPEI加入到去离子水中，水浴条件下搅拌至BPEI完全溶解后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，高压加热反应。
b.待反应釜冷却至室温，将混合物离心除去大分子的碳量子点。
c.最后，将碳量子点干燥后再分散在去离子水形成碳量子点溶液。
d.取用NaOH溶液和稀硫酸配置的pH值为1-13的溶液，滴加到碳量子点溶液中，静置后测试其荧光。
所述多胺官能团修饰的碳量子点的其制备方法的具体反应条件为
步骤a中，柠檬酸和BPEI的质量比为2:1，BPEI与去离子水的质量体积比：1g：30ml，水浴温度为60℃；高压加热反应的条件为：200℃反应5 小时。
步骤b中，离心条件为在12000rpm离心15分钟。
步骤c中，干燥指在60℃烘箱内干燥；碳量子点溶液的浓度为30g L-1。
步骤d中，pH值为1-13的溶液与碳量子点溶液的体积比为150：1；静置时间为10分钟。
经过多胺官能团修饰的碳量子点在紫外光源下呈蓝绿色，测量其激发光谱，测得该碳量子点的最大激发波长为386nm，最大发射波长为460nm，且发光稳定。相对于现有技术，本发明所得的多胺官能团修饰的碳量子点具有对人血清蛋白有定量检测的作用，其特征在于该碳量子点表面连接了多胺官能团，当溶液中加入人血清蛋白时，人血清蛋白会与碳量子点表面的多胺官能团结合，形成一种稳定的结构。其中，碳量子点作为电子供体，人血清蛋白作为电子受体，进而导致碳量子点发生能量转移，使能量从碳量子点转移到人血清蛋白上，并引起荧光猝灭的现象。
使用多胺官能团修饰的碳量子点测定人血清蛋白的步骤如下：
a分别配制0.03311、0.06579、0.14563、0.22293、0.37037、0.50898、 0.87021、1.22093、1.89266、2.52747、3.12834、4.23858、5.24155、7.37069、9.0856、 9.68165、12.09779mg L-1人血清蛋白溶液。然后分别取等量的上述人血清蛋白溶液，滴加步骤c中的碳量子点溶液，体积比均为200:1，静置10分钟，实现该碳量子点对人的血清蛋白的标记，研究这些生物分子对碳量子点荧光的影响，获得光谱强度、峰值位置等特征参数与人血清蛋白分子浓度之间的定量关联。
本发明具有以下优点：
1.本发明中制备的多胺官能团为柠檬酸，来源丰富，绿色无毒，操作方便，且大小均匀，荧光性能优异。
2.本发明中制备的碳量子点发射波长随激发波长可调，荧光量子产率较高。
3.利用碳量子点测定人的血清蛋白技术有助于深刻认识一些生命活动的规律，了解多种疾病发生机理，促进诊疗技术的发展，进而推进和维护人类健康。将推动碳量子点的光电特性开发及生物医学应用功能的扩展，并发展新型可视化生物检测方法，从而为疾病诊疗提供重要参考。
附图说明
结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为碳量子点的透射电子显微镜照片；
图2为碳量子点的X射线衍射图谱；
图3为碳量子点的傅里叶红外光谱图；
图4为碳量子点的紫外吸收光谱及吸收和发射光谱；
图5为碳量子点的荧光发射光谱；
图6为碳量子点在pH为1～13的水溶液中的荧光强度曲线图；
图7为碳量子点在不同浓度人血清蛋白溶液中的荧光发射光谱；
图8为人血清蛋白浓度与碳量子点荧光强度的线性拟合图
具体实施方式
结合具体实施例，对本发明进行进一步阐述。
一种多胺官能团修饰的碳量子点的制备方法及表征在于包括一下步骤：
将2g柠檬酸和1g的BPEI加入到30ml去离子水中，在60℃的水浴条件下搅拌，至BPEI完全溶解后，转移到一个50ml聚四氟乙烯反应釜中，在200℃高压加热反应5小时。待反应釜冷却至室温，将混合物在12000rpm离心15分钟，除去大分子的碳量子点。最后，将碳量子点至于60℃烘箱内干燥，再分散在去离子水形成30g L-1浓度的储存溶液。将该碳量子点滴加到400目的铜网上，用投射电子显微镜观察其形貌，图片显示(如图1所示，标尺为50nm)该碳量子点分布均匀，尺寸为15nm左右。经X射线衍射仪测定，其谱图(如图 2所示)显示该碳量子点在2θ＝22°处有一个很宽的峰，揭示了碳量子点的无定型结构。经傅里叶红外光谱(如图3所示)测定，该碳量子点在3200cm-1-3600cm-1处出现的宽峰是由-OH、-NH基团的伸缩振动而引起的，因为氨基基团的特征吸收峰与羟基峰位置重叠，很容易被其所掩盖。1660cm-1处和1220cm-1处为C＝O 和C-O-C的伸缩振动峰，这说明该碳量子点表面含有大量的含氧官能团。此外在出现了新的吸收峰。与氨水反应后，在1000cm-1和1210cm-1处出现了C-N的伸缩振动峰，在1550cm-1附近出现了-CONH-的吸收峰。这也进一步说明了柠檬酸在与BPEI反应后在其表面引入含N基团。碳量子点表面存在大量的羟基或者羧基等亲水性基团，表面的亲水性基团使氨基化的碳量子点具有良好的水溶性。测试紫外吸收光谱及吸收和发射光谱(如图4所示)，测得其紫外吸收峰在360nm，其主峰在460nm，是典型的蓝色荧光，最大吸收波长为386。其荧光发射光谱如图5所示，显示随着激发波长从280nm到440nm，对应的发射波长先发生了蓝移和发生了红移，证明碳量子点具有良好的光之发光性质。通过荧光量子产率的测试，碳量子点的荧光离子产率为32％。分别取3ml用NaOH溶液和稀硫酸配置的pH值为1-13的溶液，滴加20μl碳量子点储存溶液，静置10分钟，测试其荧光。其荧光光谱及其对应的折线图(如图6所示)，表明该碳量子点为外界环境的pH值依赖性较大，且在中性环境中荧光最强。
使用多胺官能团修饰的碳量子点测定人血清蛋白的步骤如下：
分别配制0.03311、0.06579、0.14563、0.22293、0.37037、0.50898、 0.87021、1.22093、1.89266、2.52747、3.12834、4.23858、5.24155、7.37069、9.0856、 9.68165、12.09779mg L-1人血清蛋白溶液。然后分别取等量的上述人血清蛋白溶液，滴加步骤c中的碳量子点溶液，体积比为200:1，静置10分钟，测试其荧光，其荧光光谱(如图7所示)，随着人血清蛋白浓度的增加，碳量子点的浓度被逐渐猝灭，表明人血清蛋白可以和碳量子点结合进而发生团聚，导致碳量子点的荧光发生猝灭。对应的拟合图(如图8所示)，表明人血清蛋白的浓度与其引发的碳量子点的荧光猝灭率成线性关系。

Claims (8)

1.一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，采用如下方法制备：
a.将柠檬酸和BPEI加入到去离子水中，水浴条件下搅拌至BPEI完全溶解后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，高压加热反应；
b.待反应釜冷却至室温，将混合物离心除去大分子的碳量子点；
c.最后，将碳量子点干燥后再分散在去离子水形成碳量子点溶液；
d.取用NaOH溶液和稀硫酸配置的pH值为1-13的溶液，滴加到碳量子点溶液中，静置后测试其荧光。
2.如权利要求1所述的一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，步骤a中，柠檬酸和BPEI的质量比为2:1，BPEI与去离子水的质量体积比：1g：30ml，水浴温度为60℃；高压加热反应的条件为：200℃反应5小时。
3.如权利要求1所述的一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，步骤b中，离心条件为在12000rpm离心15分钟。
4.如权利要求1所述的一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，步骤c中，干燥指在60℃烘箱内干燥；碳量子点溶液的浓度为30g L-1。
5.如权利要求1所述的一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，步骤d中，pH值为1-13的溶液与碳量子点溶液的体积比为150：1；静置时间为10分钟。
6.如权利要求1所述的一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，测试紫外吸收光谱及吸收和发射光谱，测得其紫外吸收峰在360nm，其主峰在460nm，是典型的蓝色荧光，最大吸收波长为386；其荧光发射光谱及对应的归一化光谱显示随着激发波长从280nm到440nm，对应的发射波长先发生了蓝移和发生了红移，证明碳量子点具有良好的光之发光性质。
7.如权利要求1所述的一种碳量子点多色荧光探针，其特征在于，该碳量子点多色荧光探针在中性环境中荧光最强。
8.如权利要求1-7任一所述的一种碳量子点多色荧光探针的用途，用于测定人的血清蛋白，人血清蛋白的浓度与其引发的碳量子点多色荧光探针的荧光猝灭率成线性关系。
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