CN110066655B - 银掺杂碳量子点及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银掺杂碳量子点及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将柠檬酸、硝酸银和蒸馏水混合，经水热反应，离心收集产物，得到银掺杂碳量子点。该银掺杂碳量子点应用于L‑半胱氨酸检测时，具备良好选择性和高灵敏度，且响应时间短、能够实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料传感研究领域，具体地，涉及一种银掺杂碳量子点及其制备方法和应用。
背景技术
L-半胱氨酸是一种很重要的含巯基的α-氨基酸，在生物体内发挥着许多重要的作用，如参与蛋白质合成、解毒、新陈代谢等。若细胞中L-半胱氨酸的含量偏离正常水平会导致很多疾病，危害人体的健康。因此，建立一种简便的、具有良好选择性的、高灵敏度的L-半胱氨酸检测方法是一项很有意义的工作。
目前，针对L-半胱氨酸的检测方法主要有高效液相色谱法、紫外法、电化学法等。荧光化学传感器具有操作简单、灵敏度高、选择性好、响应时间短、还可以进行实时检测等优点，已被广泛应用于环境、食品和生物体内痕量样品的检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种银掺杂碳量子点及其制备方法和应用，该银掺杂碳量子点应用于L-半胱氨酸检测时，具备良好选择性和高灵敏度，且响应时间短、能够实时检测。
为了实现上述目的，本发明提供了一种银掺杂碳量子点的制备方法，所述制备方法包括：将柠檬酸、硝酸银和蒸馏水混合，经水热反应，离心收集产物，得到银掺杂碳量子点。
本发明还提供了一种银掺杂碳量子点，所述银掺杂碳量子点由上述的制备方法制得。
本发明还提供了一种利用上述的银掺杂碳量子点作为探针在L-半胱氨酸检测中的应用；
所述应用的方法包括：
（1）将不同浓度的L-半胱氨酸分别与磷酸缓冲溶液、纯化的银掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到待测溶液；
（2）将纯化的银掺杂碳量子点溶液和磷酸缓冲溶液混合、定容，得到空白待测溶液；
（3）分别测定各待测溶液和空白待测溶液的最大荧光强度；
（4）以待测溶液的最大荧光强度和空白待测溶液的最大荧光强度的比值为纵坐标，L-半胱氨酸的浓度为横坐标，建立荧光发射光谱曲线方程；
（5）测定待检测L-半胱氨酸的最大荧光强度，然后根据荧光发射光谱曲线方程计算得到L-半胱氨酸的浓度。
根据上述技术方案，本发明提供了一种银掺杂碳量子点及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将柠檬酸、硝酸银和蒸馏水混合，经水热反应，离心收集产物，得到银掺杂碳量子点。在反应过程中，柠檬酸一是作为合成银掺杂碳点的碳源，二是作为九水合硝酸银的螯合剂，硝酸银的作用是作为金属掺杂剂合成银掺杂碳点，本发明所制备的产物荧光量子产率高、分散性好、且可控制，生产成本低，重现性好，通过控制原料用量和浓度及反应的温度和时间，形成均匀的形貌结构；将上述制备的银掺杂碳量子点和L-半胱氨酸混合，基于巯基与银离子之间的络合作用，形成不溶性的硫醇盐，导致银掺杂碳量子点荧光的有效猝灭。依据银掺杂碳量子点荧光强度的变化与L-半胱氨酸浓度的线性依赖关系，实现对L-半胱氨酸的高灵敏、高选择性的传感。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的透射电子显微镜照片和粒径分布图；
图1（A）为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的透射电子显微镜照片（TEM）；
图1（B）为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的粒径分布图；
图2为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的荧光激发依赖图（Fluorescence）；
图3为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的紫外吸收图（Absorbance）；
图4为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的红外图（FTIR）；
图5为实施例1中制备的银掺杂碳量子点的X射线光电子能谱分析（XPS）；
图6为利用实施例1中制备的银掺杂碳量子点检测L-半胱氨酸的荧光图；
图7为利用实施例1中制备的银掺杂碳量子点检测L-半胱氨酸的荧光强度线性图；
图8 为不同物质对银掺杂碳量子点的荧光响应柱状图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种银掺杂碳量子点的制备方法，所述制备方法包括：将柠檬酸、硝酸银和蒸馏水混合，经水热反应，离心收集产物，得到银掺杂碳量子点。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了提高制得产物的检测灵敏度、产率和分散性，所述水热反应的条件包括：温度为180-220℃，时间为6.5-7.5h。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了提高制得产物的检测灵敏度、产率和分散性，相对于30mL的蒸馏水，柠檬酸的浓度为0.078-0.08mol/L，硝酸银的浓度为0.038-0.04mol/L。
本发明提供了一种银掺杂碳量子点，所述银掺杂碳量子点由上述的制备方法制得。
本发明还提供了一种利用上述的银掺杂碳量子点作为探针在L-半胱氨酸检测中的应用；
所述应用的方法包括：
（1）将不同浓度的L-半胱氨酸分别与磷酸缓冲溶液、纯化的银掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到待测溶液；
（2）将纯化的银掺杂碳量子点溶液和磷酸缓冲溶液混合、定容，得到空白待测溶液；
（3）分别测定各待测溶液和空白待测溶液的最大荧光强度；
（4）以待测溶液的最大荧光强度和空白待测溶液的最大荧光强度的比值为纵坐标，L-半胱氨酸的浓度为横坐标，建立荧光发射光谱曲线方程；
（5）测定待检测L-半胱氨酸的最大荧光强度，然后根据荧光发射光谱曲线方程计算得到L-半胱氨酸的浓度。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.008-0.012mol/L，pH为6-8。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，最大荧光强度在298-308K的温度条件下进行。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，在350-650nm波长范围内进行最大荧光强度测定。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，在测定最大荧光强度前，各待测溶液需静置10-20min。
以下为具体实施例。
实施例1
将0.5000 g一水合柠檬酸溶解于30 mL二次蒸馏水中，超声溶解，称取0.2000 g硝酸银于上述溶液中，搅拌30分钟，混匀后，得到混合溶液，混合溶液中一水合柠檬酸浓度为0.079 mol/L，硝酸银浓度为0.039 mol/L；将混合溶液转移至50 ml不锈钢聚四氟乙烯的高温反应釜中，于200 ℃水热反应7 h，取出反应釜自然冷却至室温，之后，通过离心收集产物，用1000 Da透析袋透析24 h，置于冰箱内4 ℃贮存备用；其TEM图如图1（A）所示，其粒径分布图如图1（B）所示，从图中可以看出银掺杂碳量子点尺寸大小分散较均匀，接近球形的颗粒物，平均尺寸大小为2.4 nm, 和碳纳米材料尺寸分布特点相一致。从银掺杂碳量子点的荧光激发依赖图（图2）和银掺杂碳量子点的吸收图谱（图3）可以看出所制备的银掺杂碳量子点与之前报道的碳量子点特征相一致。从红外图谱（图4）和X射线光电子能谱分析（图5）可以看出银掺杂碳量子点含有不饱和碳键，即碳主要为芳环 sp2 型的碳。从图6和图7可以看出银掺杂碳量子点检测L-半胱氨酸的线性检测范围和检测限。
将以上述制备的银掺杂碳量子点作为探针检测L-半胱氨酸。
实验步骤：准确量取1 mL磷酸盐缓冲溶液（0.01mol/L，pH=7.0），500 μL纯化的银掺杂碳量子点溶液和200 μL不同浓度L-半胱氨酸溶液依次加入2 mL离心管中，定容，振荡混匀。随后，在25 ℃条件下恒温静置20 min后，测定反应溶液的荧光光谱（激发波长为320nm），如图6所示。以400 nm处荧光发射峰的荧光强度与空白（无L-半胱氨酸存在下，银掺杂碳量子点的400 nm处的荧光强度）的比值为纵坐标，L-半胱氨酸的浓度为横坐标，建立荧光发射光谱曲线的方程，得到温度为25℃条件下的荧光发射光谱曲线的方程为：y=1.89×10- 2x (μmol/L)+1.02，相关系数为0.991，如图7所示。
为了研究该银掺杂碳量子点探针对L-半胱氨酸检测的选择性，我们考察了几种与L-半胱氨酸类似的物质，如甘氨酸(L-Gly)、苏氨酸(L-Thr)、酪氨酸(L-Tyr)、亮氨酸(L-Leu)、丙氨酸(L-Ala)、缬氨酸(L-Val)、葡萄糖(Glucose)、谷胱甘肽(GSH)、脯氨酸(L-Pro)、肌氨酸(L-Sar)，以及抗坏血酸(AA)、葡萄糖和盐类等物质对银掺杂碳量子点的响应。如图8所示，与其他干扰物质相比，L-半胱氨酸能使所制备的银掺杂碳量子点的荧光有显著地猝灭效果，而其他和L-半胱氨酸相同浓度的干扰物质几乎不影响银掺杂碳量子点的荧光。这一结果表明，所提出的银掺杂碳量子点对L-半胱氨酸荧光传感体系具有很好的选择性。所有实验平行测定三次。
实施例2
按照实施例1的方式进行，不同的是，水热反应的条件包括：温度为180℃，时间为6.5h；相对于30mL的蒸馏水，柠檬酸的浓度为0.078mol/L，硝酸银的浓度为0.038mol/L；在检测中，磷酸缓冲溶液的浓度为0.008mol/L，pH为6；在测定最大荧光强度前，各待测溶液需静置10min。
实施例3
按照实施例1的方式进行，不同的是，水热反应的条件包括：温度为220℃，时间为7.5h；相对于30mL的蒸馏水，柠檬酸的浓度为0.08mol/L，硝酸银的浓度为0.04mol/L；在检测中，磷酸缓冲溶液的浓度为0.012mol/L，pH为8；在测定最大荧光强度前，各待测溶液需静置20min。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (5)
1.一种银掺杂碳量子点作为探针在L-半胱氨酸检测中的应用；所述应用的方法包括：
（1）将不同浓度的L-半胱氨酸与磷酸缓冲溶液、纯化的银掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到待测溶液；
（2）将纯化的银掺杂碳量子点溶液和磷酸缓冲溶液混合、定容，得到空白待测溶液；
（3）分别测定各待测溶液和空白待测溶液的最大荧光强度；
（4）以待测溶液的最大荧光强度和空白待测溶液的最大荧光强度的比值为纵坐标，L-半胱氨酸的浓度为横坐标，建立荧光发射光谱曲线方程；
（5）测定待检测L-半胱氨酸的最大荧光强度，然后根据荧光发射光谱曲线方程计算得到L-半胱氨酸的浓度；
其中，所述银掺杂碳量子点的制备方法包括：将柠檬酸、硝酸银和蒸馏水混合，经水热反应，离心收集产物，得到银掺杂碳量子点；
其中，所述水热反应的条件包括：温度为180-220℃，时间为6.5-7.5h；
其中，相对于30mL的蒸馏水，柠檬酸的浓度为0.078-0.08mol/L，硝酸银的浓度为0.038-0.04mol/L。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.008-0.012mol/L，pH为6-8。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，测定最大荧光强度在298-308K的温度条件下进行。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在350-650nm波长范围内进行最大荧光强度测定。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在测定最大荧光强度前，各待测溶液需静置10-20min。
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