CN109705850B - 一种类石墨烯量子点mb的合成方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种类石墨烯量子点（MB）的合成方法及其应用，室温条件下合成，合成步骤简单、易于控制，同时建立将该类石墨烯量子点应用于检测溶液中叶酸含量方面的方法，采用荧光猝灭模式实现了对叶酸进行免标记、高灵敏、选择性的检测，该检测方法简便，快捷，可以实现对叶酸的特异性检测，检测线性范围宽，检出限低，本发明合成材料稳定，检测方法具有较好的检测灵敏度和选择性，在实际应用方面具有很好的前景。
Description
本专利得到国家自然科学基金面上项目21375095、天津市自然科学基金青年项目（No.17JCQNJC05800），天津师范大学“无机—有机杂化功能材料化学教育部重点实验室”、“天津市功能分子结构与性能重点实验室”开放基金项目和天津师范大学“未来千人计划”项目(WLQR201711，WLQR201814)的支持。
技术领域
本发明属于化学合成和生物分析检测技术领域，涉及一种类石墨烯量子点的简单、绿色、快速的合成方法以及该化合物在溶液中检测叶酸含量的方法。
背景技术
聚乙烯亚胺（PEI）是一种阳离子聚电解质，是在叔胺上带有支链的支链类石墨烯量子点，是由乙烯亚胺单体在酸催化下聚合成的，分子中大约有1:2:1的伯、仲、叔胺基，相对分子质量一般从几百到10万。能够与其他物质中的羟基产生静电吸引形成次价力交联网络，最终形成类石墨烯量子点，故PEI可作为制备类石墨烯量子点的原料。
叶酸（FA）也叫维生素B9，是一种水溶性B族维生素，广泛存在于动物、微生物和植物中，在生物体内，因为叶酸是嘌呤、嘧啶和甲硫氨酸合成的必需物质，所以叶酸在很多生物过程中能够扮演着重要的生理角色，如叶酸对于DNA的合成、修复和甲基化都有强烈的影响，因此叶酸是构建健康细胞的基础。此外，叶酸会参与氨基酸的代谢，在多种氨基酸转化的过程中充当载体，同时，叶酸还会参与血红蛋白、肾上腺素、肌酸等的合成，故叶酸对蛋白质的合成及各种氨基酸的代谢有重要的作用。研究表明，对于孕妇来说，叶酸缺乏可导致婴儿畸形，还可能引起早起的自然流产，到中晚期孕妇易发生妊娠高血压综合征或巨幼红细胞性贫血，同时胎儿发育迟缓，出生后身体和智力都会受到影响。然而，过量的叶酸优惠导致人体内维生素B12和锌的吸收，因此，对于人体内叶酸含量的监控是必不可少的。目前，已经建立了多种方法检测溶液中叶酸的含量，如高效液相色谱法，循环伏安法，毛细管电泳法和紫外光谱法等，但在广泛应用于实际时，这些方法都有着不可克服的缺点，因此，我们合成了一种新的类石墨烯量子点（MB）并将其应用于高效、灵敏检测溶液中的叶酸含量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水溶性的、无毒的、室温合成的、易储存的一种简单荧光类石墨烯量子点的合成方法，同时建立一种以该类石墨烯量子点作为荧光探针，通过荧光猝灭模式实现了对溶液中的叶酸含量进行简单、快速、高灵敏度和高选择性的检测。该检测方法简单、快捷，检测线性范围宽，检出限低，具有较好的检测灵敏度和选择性，在疾病预防和临床应用等方面具有很好的应用前景。
为实现上述目的，本发明公开了一种类石墨烯量子点MB的合成方法,其特征在于按如下的步骤进行如下：
（1）称取0.0100-0.0500 g聚乙烯亚胺 (PEI)溶于4 mL高纯水中；
（2）搅拌条件下加入抗坏血酸 (AA) 0.0100-0.0500 g，充分反应1-60 min，溶液颜色由无色变为浅黄色。
本发明进一步公开了所述合成方法制备的类石墨烯量子点在作为荧光探针特异性检测溶液中叶酸含量方面的应用。其中类石墨烯量子点检测溶液中叶酸含量的方法如下：
（1）叶酸母液的配置：称取叶酸0.0035 g溶于4 mL水中，充分溶解，母液浓度为2mM，低温保存待用；
（2）一系列叶酸溶液的配置：将叶酸母液稀释至浓度为5 nM、50 nM、250 nM、500nM、1000 nM和1500 nM，低温保存待用；
（3）将制备好的类石墨烯量子点样品2 mL均匀分散到2 mL高纯水中, 利用荧光分光光度计测定此时的荧光强度, 在激发波长380 nm的激发下，该荧光探针在516 nm出表现出较强发射；
（4）将2 mL类石墨烯量子点样品均匀分散到1.8 mL水中，混合均匀后，再向其中加入0.2 mL的叶酸溶液，充分反应后测试体系的荧光强度，此时的荧光强度发生明显猝灭；
（5）检测溶液中叶酸含量的线性测定
将0.6-3.3 mL类石墨烯量子点溶液加入0.5-3.2 mL高纯水，在再向其中加入0.2mL浓度为5 nM、50 nM、250 nM、500 nM、1000 nM和1500 nM的叶酸溶液，充分反应1-15 min，分别用分光光度计检测加入叶酸前后的荧光强度。实验结果表明，在叶酸浓度为5-1500 nM范围内，类石墨烯量子点MB荧光强度的猝灭值与叶酸的浓度呈现线性关系，线性方程为F0-F=0.02343X+132.24801 (F0为类石墨烯量子点的初始荧光强度，F为类石墨烯量子点加入叶酸后的荧光强度，X为叶酸的浓度)，线性相关系数为0.992，检出限为3.35 nM。
本发明公开的类石墨烯量子点MB的合成方法及其应用与现有技术相比所具有的有益效果在于：
(1) 合成的类石墨烯量子点MB具有稳定的光学性质，合成材料粒径小，荧光性能好，合成方法简单、快速，合成过程中不需要加热、调节pH、功能化等复杂的过程，合成材料发光位置在516 nm，在紫外灯下可看到明显的绿色。
(2) 利用合成的具有独特光学性能的类石墨烯量子点MB作为荧光探针采用荧光“turn off”模式，高效选择性传感叶酸的含量，过程简单、快捷，可以直接实现对叶酸的选择性检测。
(3) 利用合成的类石墨烯量子点检测叶酸的机理为荧光内滤效应，该种方法可以实现叶酸的特异性检测，检测线性范围宽，检出限低。
附图说明
图1 为合成的类石墨烯量子点的透射电镜图(TEM)，说明了合成的类石墨烯量子点粒径尺寸均一、粒径较小；
图2 为合成的类石墨烯量子点的荧光激发光谱和发射光谱图，表明其最大激发波长为380 nm，最大发射波长为516 nm；
图3为以合成的类石墨烯量子点为荧光探针检测溶液中的叶酸含量的可行性分析；
图4为合成的类石墨烯量子点和叶酸的紫外光谱图；
图5为以合成的类石墨烯量子点为荧光探针检测溶液中的叶酸含量的线性图，线性范围为5-1500 nM，检出限是3.35 nM。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。所用试剂均为分析纯，所用试剂及生产厂家如下：聚乙烯亚胺(PEI) , 抗坏血酸 (AA), 叶酸 (FA)。
实施例1
该类石墨烯量子点的制备室温条件下按照如下步骤进行：
（1）称取0.0500 g 聚乙烯亚胺 (PEI)溶于4 mL高纯水中；
（2）搅拌条件下加入抗坏血酸（AA）0.0400 g，充分反应1 h，溶液颜色由无色变为浅黄色，证明该类石墨烯量子点（MB）的成功合成。通过透射电镜图 (TEM)（图1）可以看出该类石墨烯量子点MB分散均匀，粒径较小。
实施例2
（1）称取0.0500 g PEI溶于4 mL高纯水中；
（2）搅拌条件下加入抗坏血酸 (AA) 0.0100 g，充分反应1 h，溶液颜色由无色变为浅黄色，证明该类石墨烯量子点的成功合成。
实施例3
（1）称取0.0500 g PEI溶于4 mL高纯水中；
（2）搅拌条件下加入抗坏血酸 (AA)0.0100 g，充分反应0.5 h，溶液颜色由无色变为浅黄色，证明该类石墨烯量子点的成功合成。
实施例4
（1）类石墨烯量子点MB的制备方法参照实施例1；
（2）类石墨烯量子点MB激发光谱和发射光谱的测定：
将制备好的类石墨烯量子点分散到高纯水中，利用荧光分光光度计对材料的激发光谱和发射光谱进行测定，如图2所示，类石墨烯量子点的最大激发波长为380 nm,在最大激发波长的条件下，荧光发射波长为516 nm。
实施例5
利用荧光分光光度计，以类石墨烯量子点为荧光探针检测叶酸：
（1）叶酸母液的配置：称取叶酸0.0035 g溶于4 mL水中，充分溶解，母液浓度为2mM，低温保存待用；
（2）一系列叶酸溶液的配置：将叶酸母液稀释至浓度为5 nM、50 nM、250 nM、500nM、1000 nM和1500 nM，低温保存待用；
（3）将制备好的类石墨烯量子点样品2 mL均匀分散到2 mL高纯水中，利用荧光分光光度计测定此时的荧光强度，在激发波长380 nm的激发下，该荧光探针在516 nm出表现出较强发射；
（4）将2 mL类石墨烯量子点样品均匀分散到1.8 mL水中，混合均匀后，再向其中加入0.2 mL的叶酸溶液，充分反应后测试体系的荧光强度，此时的荧光强度发生明显猝灭。
实施例6
1、类石墨烯量子点的制备方法参照实施例1
2、采用荧光的测试手段，以类石墨烯量子点为荧光探针特异性检测溶液中的叶酸的可行性：分别取2支空离心管，编号、，分别移取高纯水1.8 mL加入到、号离心管中，再移取2 mL 类石墨烯量子点MB溶液加入不同的离心管中，混合均匀后，继续向号离心管中加入0.2mL高纯水作为空白对照组，向号离心管中加入0.2 mL叶酸，反应10 min ,使得荧光发生猝灭并用荧光光度计检测荧光发射强度。
实施例7
1、类石墨烯量子点的制备方法参照实施例1
2、溶液中叶酸含量的线性测定
将2 mL类石墨烯量子点溶液加入1.8 mL高纯水，在再向其中加入0.2 mL浓度为5nM、50 nM、250 nM、500 nM、1000 nM和1500 nM的叶酸溶液，充分反应10 min，分别用分光光度计检测加入叶酸前后的荧光强度。实验结果表明，在叶酸浓度为5-1500 nM范围内，类石墨烯量子点MB荧光强度的猝灭值与叶酸的浓度呈现线性关系，线性方程为F0-F=0.02343C+132.24801 (F0为类石墨烯量子点的初始荧光强度，F为类石墨烯量子点加入叶酸后的荧光强度，C为叶酸的浓度)，线性相关系数为0.992，检出限为3.35 nM
实施例8
叶酸含量的检测：分别取2支空离心管，编号①、②，分别移取高纯水1.2 mL加入到①、②号离心管中, 再移取3.6 mL 类石墨烯量子点溶液加入不同的离心管中，混合均匀后，继续向①号离心管中加入0.2 mL高纯水作为空白对照组，向②号离心管中加入0.2 mL叶酸溶液, 反应10 min ,使得荧光发生猝灭并用荧光光度计检测荧光发射强度；检出限为3.35 nM。
实施例9
叶酸含量的检测：分别取2支空离心管，编号①、②，分别移取高纯水2.8 mL加入到①、②号离心管中, 再移取1 mL 类石墨烯量子点溶液加入不同的离心管中，混合均匀后，继续向①号离心管中加入0.2 mL高纯水作为空白对照组，向②号离心管中加入0.2 mL叶酸溶液, 反应10 min ,使得荧光发生猝灭并用荧光光度计检测荧光发射强度；检出限为3.35nM。
Claims (3)
1.一种类石墨烯量子点MB的合成方法，其特征在于按如下的步骤进行如下：
（1）称取0.0500 g聚乙烯亚胺 (PEI)溶于4 mL高纯水中；
（2）搅拌条件下加入抗坏血酸 (AA) 0.0400 g，充分反应1 h，溶液颜色由无色变为浅黄色。
2.采用权利要求1中所述合成方法制备的类石墨烯量子点在作为荧光探针特异性检测溶液中叶酸含量方面的应用。
3.权利要求2所述的应用，其中类石墨烯量子点检测溶液中叶酸含量的方法如下：
（1）叶酸母液的配置：称取叶酸0.0035 g溶于4 mL水中，充分溶解，母液浓度为2 mM，低温保存待用；
（2）一系列叶酸溶液的配置：将叶酸母液稀释至浓度为5 nM、50 nM、250 nM、500 nM、1000 nM和1500 nM，低温保存待用；
（3）将制备好的类石墨烯量子点样品2 mL均匀分散到2 mL高纯水中, 利用荧光分光光度计测定此时的荧光强度, 在激发波长380 nm的激发下，该荧光探针在516 nm出表现出较强发射；
（4）将2 mL类石墨烯量子点样品均匀分散到1.8 mL水中，混合均匀后，再向其中加入0.2 mL的叶酸溶液，充分反应后测试体系的荧光强度，此时的荧光强度发生明显猝灭；
（5）检测溶液中叶酸含量的线性测定
将0.6-3.3 mL类石墨烯量子点溶液加入0.5-3.2 mL高纯水，在再向其中加入0.2 mL浓度为5 nM、50 nM、250 nM、500 nM、1000 nM和1500 nM的叶酸溶液，充分反应1-15 min，分别用分光光度计检测加入叶酸前后的荧光强度；实验结果表明，在叶酸浓度为5-1500 nM范围内，类石墨烯量子点MB荧光强度的猝灭值与叶酸的浓度呈现线性关系，线性方程为F0-F=0.02343X+132.24801 ，其中F0为类石墨烯量子点的初始荧光强度，F为类石墨烯量子点加入叶酸后的荧光强度，X为叶酸的浓度，线性相关系数为0.992，检出限为3.35 nM。
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