CN109897632B - 一种镍掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用，其制备方法如下：称取质量体积比为0.11 g：6 mL的乙酰丙酮镍和甲醇，超声形成亮绿色的分散均匀溶液；最后将所得前驱液加入到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在200℃条件下反应12 h后，待自然冷却至室温后，将得到的溶液离心清洗，即得镍掺杂碳基荧光纳米材料。本发明采用简单的水热合成法处理有机金属化合物直接制备金属掺杂荧光纳米材料，有效提高了金属原子的掺杂含量，有利于扩展碳基荧光材料的光学特性及在分析检测中的应用范围。该Ni‑Cdots对槲皮素具有较好的特异性作用，并能实现其高灵敏低浓度检测。本发明的产品不仅可用于对抗癌药物槲皮素的检测，还可作为其它荧光传感器的荧光探针。

Description

一种镍掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种镍掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

槲皮素（Que）作为典型的黄酮类化合物，广泛存在于植物的果实和花叶中，是我国中医临床上常用的祛痰止咳药物，并且还可以用于降低血压、预防毛细血管疾病、抗氧化抗炎作用、抑制恶性肿瘤生长等一系列重要的应用价值。因此，基于人类以及生态系统的发展前景，发展一种高灵敏、高选择以及简单有效的方法来对槲皮素的含量进行测定显得尤为重要。荧光掺杂碳基纳米材料作为荧光纳米材料家族中一位崭新的成员，以其优异的光学性能及尺寸特性，使其在细胞标记、活体成像、医疗诊断和环境分析检测等领域得到较为广泛的应用，它的出现有望在现代材料科学领域引发一轮革命，应用前景非常广阔。运用镍掺杂碳基（Ni-Cdots）纳米材料独特的光学特性和结构与槲皮素特异性结合，将有望制备低浓度药物检测的传感器。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种镍掺杂碳基荧光纳米材料；本发明的第二个目的是提供一种镍掺杂碳基荧光纳米材料的制备方法；第三个目的是提供一种镍掺杂碳基荧光纳米材料的应用，具体涉及一种镍掺杂碳基荧光纳米材料在低浓度检测槲皮素中的应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种镍掺杂碳基荧光纳米材料的制备方法，包括如下步骤：称取质量体积比为0.11 g：6 mL的乙酰丙酮镍和甲醇，超声形成亮绿色的分散均匀溶液；最后将所得前驱液加入到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在200 ℃条件下反应12 h后，待自然冷却至室温后，将得到的溶液离心清洗，即制得荧光性能优异的镍掺杂碳基荧光纳米材料。

作为本申请的优选技术方案，所述甲醇为纯甲醇，作为溶剂及稳定剂存在，采用乙酰丙酮镍作为金属镍和碳源。

优选的，超声时间为30 min。

本发明还保护上述制备方法制备得到的镍掺杂碳基荧光纳米材料。

本发明还保护上述镍掺杂碳基荧光纳米材料在低浓度检测槲皮素中的应用。

作为本申请的优选技术方案，所述应用包括如下具体步骤：量取10.0 μL镍掺杂碳基荧光纳米材料于2.0 mL的离心管中，加入50 µL 50 mM pH 7.4 Tris-HCl缓冲溶液，然后依次加入不同浓度的槲皮素标准溶液，经过孵化后，用二次水将其定容到500 μL，最后在转速为1000 rpm的漩涡仪下震荡1 min，然后再静置反应30 min后，在激发波长为350 nm、激发和发射狭缝宽均为5 nm的条件下，检测最大荧光强度的变化；最后根据镍掺杂碳基荧光纳米材料的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）绘制标准曲线；测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）与上述绘制的标准曲线对比，得出相应的待测样品浓度。

有益效果

本发明的优点是：本发明采用简单的一步水热合成法合成处理有机金属化合物直接制备均匀分散且光学性能优异的Ni-Cdots，通过荧光光谱测试，由于碳基材料中有金属原子的嵌入，使其荧光性能及物化性能发生了很大程度的改变，扩展了碳基荧光材料在分析检测中的应用范围，解决了碳基材料在金属掺杂的短板这一技术难题，实现了药物小分子高选择性的检测。

合成的Ni-Cdots对槲皮素可以实现特异性检测，并且灵敏度较高。

本发明所制得的产品可以用于槲皮素的检测，将对医药领域具有很高的应用价值。

附图说明

图1是Ni-Cdots荧光纳米材料的红外光谱图谱（FT-IR）；

图2是Ni-Cdots的紫外光谱图以及Ni-Cdots在350 nm激发下的发射光谱图；

图3是Ni-Cdots荧光纳米材料的激发波长优化图；

图4是Ni-Cdots荧光纳米材料检测槲皮素的可行性分析；

图5是Ni-Cdots荧光纳米材料对pH、离子强度荧光性质的研究；

图6是Ni-Cdots荧光纳米材料荧光检测槲皮素；

图7是Ni-Cdots荧光纳米材料选择性的考察。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。

实施例1：

（1）一步水热法制备Ni-Cdots：称取0.11 g 乙酰丙酮镍，溶于6 mL甲醇，在室温下超声30 min，形成亮绿色的分散均匀溶液。最后将所得前驱液加入到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在200 ℃条件下反应12 h后，待自然冷却至室温（25 ℃）后，将得到的溶液在转速为10,000 rpm离心20 min，即制得荧光性能优异的金属镍掺杂荧光纳米材料，离心清洗后将上清液在4 ℃下保存；

（2）Ni-Cdots荧光检测槲皮素：量取10.0 μL Ni-Cdots于2.0 mL的离心管中，加入50 µL 50 mM pH 7.4 Tris-HCl缓冲溶液，然后依次加入不同浓度的槲皮素标准溶液，经过孵化几分钟后，用二次水将其定容到500 μL，最后在转速为1000 rpm的漩涡仪下震荡1min，然后再静置反应30 min后，在激发波长为350 nm、激发和发射狭缝宽均为5 nm的条件下，检测最大荧光强度的变化。最后根据Ni-Cdots的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）绘制标准曲线。

（3）选择性测定：取一系列10.0 μL的Ni-Cdots置于2.0 mL的离心管中，依次加入50 µL 50 mM pH 7.4 Tris-HCl缓冲溶液，然后依次加入一系列竞争金属阳离子（包括Na⁺，K⁺，NH₄ ⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Fe³⁺，Cu²⁺，Ag⁺）以及一些生物分子（谷氨酸（Glutamicacid）、脯氨酸（Proline）、半胱氨酸（Cysteine）、葡萄糖（Glucose）、BSA），最后孵化几分钟后用二次水将其定容到500 μL，静置反应30 min后，在激发波长为350 nm，激发和发射的缝隙宽度均为5 nm的测试条件下测定Ni-Cdots的荧光光谱。

所制备的Ni-Cdots经过FT-IR分析可知，该纳米材料表面主要含有大量的羧基、羟基及其它的含氧基团（图1）。图2为Ni-Cdots的紫外-荧光光谱图。从图2紫外实验结果可以发现，合成的Ni-Cdots具有明显的传统碳点的性质，且在最佳激发下，Ni-Cdots发射绿色荧光，这主要是由于金属镍的参与而使其改变了碳基纳米材料的光学性能。通过对Ni-Cdots激发波长的优化发现，且考虑到荧光强度的强弱，实验结果表明Ni-Cdots的最佳激发波长在350 nm处（图3）。我们基于Ni-Cdots荧光材料对槲皮素进行了可行性的研究，结果显示利用Ni-Cdots可以对其进行高灵敏检测（图4），其淬灭的主要原因可能是由于金属纳米复合材料的内过滤效应（IFE）。Ni-Cdots荧光纳米材料对pH、离子强度荧光性质的研究表明，制备的Ni-Cdots荧光纳米材料具有很好的光学稳定性（图5）。在优化条件下，我们基于这种Ni-Cdots对槲皮素进行了检测分析，结果表明Ni-Cdots对槲皮素检测的线性范围宽，检测限低（图6）。图7在同等条件下（Tris-HCl，pH=7.4）对其构建的传感器进行了选择性的考察，结果显示基于Ni-Cdots对槲皮素检测具有很好的选择性，以上表明，Ni-Cdots纳米荧光材料对槲皮素具有良好的灵敏度和选择性。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。

Claims (1)

1.一种镍掺杂碳基荧光纳米材料在低浓度检测槲皮素中的应用，其特征在于：包括如下具体步骤：量取10.0 µL镍掺杂碳基荧光纳米材料于2.0 mL的离心管中，加入50 µL 50mM pH 7.4 Tris-HCl缓冲溶液，然后依次加入不同浓度的槲皮素标准溶液，经过孵化后，用二次水将其定容到500 µL，最后在转速为1000 rpm的漩涡仪下震荡1 min，然后再静置反应30 min后，在激发波长为350 nm、激发和发射狭缝宽均为5 nm的条件下，检测最大荧光强度的变化；最后根据镍掺杂碳基荧光纳米材料的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）绘制标准曲线；测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）与上述绘制的标准曲线对比，得出相应的待测样品浓度；

所述镍掺杂碳基荧光纳米材料是通过以下步骤制备而成：

称取质量体积比为0.11 g：6 mL的乙酰丙酮镍和纯甲醇，超声30 min形成亮绿色的分散均匀溶液；最后将所得前驱液加入到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在200 ℃条件下反应12 h后，待自然冷却至室温后，将得到的溶液离心清洗，即制得荧光性能优异的镍掺杂碳基荧光纳米材料。

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