CN112300796B - 一种黄色荧光碳点及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射黄色荧光的碳点及其制备方法和应用。所述碳点为一种以乙二醇双(2‑氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)和对苯二胺为原料，通过一步水热法制备的黄色荧光碳点。碳点的制备方法简便，制得的碳点具有极小的尺寸，良好的水溶性和优异的光稳定性。由于碳点独特的表面结构，以其作为荧光探针能够免标记地、快速灵敏地检测四环素类抗生素。当四环素类抗生素存在时，碳点的荧光被四环素类抗生素有效淬灭，根据荧光的变化程度可以检测出样品中四环素类抗生素的含量。本发明提供的检测四环素类抗生素的方法与传统方法相比，简便快速，无需额外修饰标记物，可直接检测样品，在实际应用中具有更多的优势。

Description

一种黄色荧光碳点及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及荧光碳点，具体涉及一种黄色荧光碳点及其制备方法，以及该碳点用于四环素类抗生素的检测。

背景技术

四环素类(TCs)抗生素是由放线菌产生的一类广谱抗生素，主要包括金霉素(chlortetracycline)、土霉素(oxytetracycline)、四环素(tetracycline)。它们通过干扰细菌蛋白质的合成来发挥抑菌作用，且在非常高浓度时还能杀灭细菌。由于其渗透力强、半衰期较长、对环境和食品中的革兰氏阳性菌和阴性菌均表现出广泛的抗菌活性，因而长期被用作人类和动物抗感染治疗的主要抗生素。但因其日益增多的用量，现已残留于水体和食物中。这直接影响人类健康，诱导人体产生耐药菌，进而影响生态系统。目前，已开发出许多技术来监测TCs，包括高效液相色谱，化学发光法，毛细管电泳和荧光分光光度法。其中，荧光法由于其操作简便、成本低、检测迅速和灵敏度高而备受青睐。

碳点作为一种新型荧光纳米材料，因其制备简单、易于表面功能化、光学性质稳定及水溶性好而备受广泛关注。得益于这些优异的性能，碳点在荧光传感领域得到了显著的发展，目前已实现了对离子、有机小分子、活性生物分子的特异性检测。然而，大部分碳点呈现蓝绿色发光，在长波长区域(黄色到红色)的发射很弱。由于生物基质具有蓝色自发荧光性和生物组织易被紫外激发光损伤,使碳点在生物传感领域的应用受到限制。因而，开发一种长波长发射的碳点用于荧光传感检测具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构性质优异的荧光碳点及其制备方法，碳点的制备方法简便、原料廉价易得；所制备的碳点表面化学结构优异，可应用于免标记检测四环素类抗生素，并展现出良好的选择性和灵敏度。

本发明提供的一种黄色荧光碳点的制备方法，包括以下步骤：

1)、室温下，将EGTA和对苯二胺置于玻璃烧杯中，加入去离子水，充分搅拌后超声溶解3～5分钟，EGTA和对苯二胺质量比为0.5～1.5:1.0～2.0；

2)、将反应混合物转移至水热反应釜中，并置于烘箱内，160～220℃下加热4～8h。

3)、取出水热反应釜，自然冷却，将获得的碳点溶液以10000rpm离心10min以除去不溶物；用0.22μm的微孔滤膜进一步过滤。

4)、将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到碳点固体。

上述方法制备的碳点荧光性质稳定，在紫外灯照射下发出黄色荧光；具有良好的水溶性和分散性，通过TEM表征可看出碳点呈现比较规则球形并分布均匀。所述碳点制备方法简便，利用一步水热合成法即可制得，并且无需繁琐的样品预处理和纯化过程。此外，所述碳点无需额外标记其他物质即可高选择性的检测四环素类抗生素。只在碳点溶液中加入四环素类抗生素时，碳点的荧光会发生明显淬灭。本发明荧光碳点可在免标记检测四环素类抗生素中应用。

本发明提供的一种用黄色荧光碳点检测四环素类抗生素的方法，步骤为：

1)、配置浓度为0.30mg/mL的碳点溶液；

2)、配置浓度梯度为1、5、10、15……95、100μM的四环素类抗生素的标准溶液；

3)、向碳点溶液中加入四环素类抗生素，使碳点的荧光逐渐淬灭；

4)、测定碳点反应前后的荧光强度，根据四环素类抗生素的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系建立检测四环素类抗生素的标准曲线；

5)、定量检测：测定待测样品和碳点反应前后的荧光强度变化，计算反应前后相对荧光强度变化值，参照步骤4)中获得的标准曲线，得到待测样品中四环素类抗生素的含量。

以上所述的四环素类抗生素可以为金霉素、土霉素或四环素。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明提供的碳点原材料廉价易得，运用一步合成法，无需繁琐的预处理和纯化过程，制备过程节能省时。

(2)本发明的提供碳点在水溶液中具有良好的溶解度和分散性；能发射黄色荧光，在长时间光照与高离子强度下光学性质稳定。

(3)本发明所述的荧光碳点可与四环素类抗生素发生相互作用，促使碳点的荧光淬灭，基于这项原理，所述碳点可作为荧光探针检测四环素类抗生素。

(4)本发明所述的荧光碳点在检测四环素类抗生素中的应用与传统的四环素类抗生素检测方法相比，无需修饰额外的标记物，无需利用昂贵的分析仪器即可达到良好的检测效果，具有优异的选择性和灵敏度，在实际操作中更具有优越性。

附图说明

图1为实施例1制备的碳点的透射电镜图(左侧)和粒径分布图(右侧)；

图2为实施例1制备的碳点的红外光谱图；

图3为实施例1制备的碳点的紫外吸收光谱及荧光激发发射光谱图；

图4为实施例1制备的碳点对金霉素淬灭的荧光光谱图；

图5为实施例1制备的碳点对土霉素淬灭的荧光光谱图；

图6为实施例1制备的碳点对四环素淬灭的荧光光谱图；

图7为其他抗生素对碳点检测四环素类抗生素体系无荧光干扰的柱状图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明做出进一步说明，实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

步骤1，室温下，将190.1mg的EGTA和108.1mg的对苯二胺溶于10mL的去离子水中，充分搅拌，超声得到澄清溶液。

步骤2，将溶液转移至25mL水热反应釜中。

步骤3，将水热釜置于烘箱中，200℃反应5h，得到棕色溶液。

步骤4，取出水热反应釜，自然冷却，将获得的碳点溶液以10000rpm离心10min以除去不溶物。用0.22μm的微孔滤膜进一步过滤。

步骤5，将上述荧光碳量子点水溶液冷冻干燥后得到黄色荧光碳点。

实施例2

将实施例1制备的碳点进行TEM和红外光谱表征(见图1-2)，进行紫外吸收光谱和荧光激发发射表征(见图3)，得到本发明制备的碳点粒径均小于10nm，表面含有羧基、羟基、氨基等基团，发射黄色荧光。

实施例3

取实施例1制备的碳点水溶液(0.30mg/mL)1mL置于荧光比色皿中，分别加10μL浓度为1、5、10、15……95、100μM的金霉素溶液，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝400nm，λem＝540nm)，根据金霉素的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系，计算碳点对金霉素的检测范围和检出限(见图4)。

实施例4

取实施例1制备的碳点水溶液(0.30mg/mL)1mL置于荧光比色皿中，分别加10μL浓度为1、5、10、15……95、100μM的土霉素溶液，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝400nm，λem＝540nm)，根据土霉素的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系，计算碳点对土霉素的检测范围和检出限(见图5)。

实施例5

取实施例1制备的碳点水溶液(0.30mg/mL)1mL置于荧光比色皿中，分别加10μL浓度为1、5、10、15……95、100μM的四环素溶液，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝400nm，λem＝540nm)，根据四环素素的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系，计算碳点对四环素素的检测范围和检出限(见图6)。

实施例6

取实施例1制备的荧光碳点水溶液(0.30mg/mL)1.0mL置于荧光比色皿中，分别加入10μL浓度为1mg/mL的金霉素、土霉素、四环素、林可霉素、红霉素、恩诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、硫酸卡钠霉素溶液，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λex＝400nm，λem＝540nm)，记录加入不同抗生素前后，碳点溶液的荧光强度，通过计算相对荧光强度观察碳点对四环素类抗生素的选择性。见图7，与其他种类抗生素相比，只有四环素类抗生素——金霉素、土霉素和四环素能使碳点的荧光淬灭。

Claims (3)

1.黄色荧光碳点在免标记检测四环素类抗生素中的应用，所述的四环素类抗生素为金霉素、土霉素或四环素；

所述的黄色荧光碳点，通过包括以下步骤的方法制备得到：

1)、室温下，将EGTA和对苯二胺置于玻璃烧杯中，加入去离子水，充分搅拌后超声溶解3~5分钟，EGTA和对苯二胺质量比为0.5 ~1.5 : 1.0~2.0；

2)、将反应混合物转移至水热反应釜中，并置于烘箱内，160~220 ℃下加热4~8 h，得到棕色的溶液；

3)、取出水热反应釜，自然冷却，将获得的碳点溶液离心以除去不溶物；用微孔滤膜进一步过滤；

4)、将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到黄色荧光碳点。

2.如权利要求1所述的黄色荧光碳点在免标记检测四环素类抗生素中的应用，其特征在于，步骤3）所述的离心是以10000 rpm离心10 min；所述的微孔滤膜为0.22 μm的微孔滤膜。

3.一种用荧光碳点免标记检测四环素类抗生素的方法，其特征在于步骤为：

1)、配置浓度为0 .30 mg/mL的如权利要求1中所述的碳点的溶液；

2)、配置浓度梯度为1、5、10、15……95、100 μM的四环素类抗生素的标准溶液；

3)、向碳点溶液中加入四环素类抗生素，使碳点的荧光逐渐淬灭；

4)、测定碳点反应前后的荧光强度，根据四环素类抗生素的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系建立检测四环素类抗生素的标准曲线；

5)、定量检测：测定待测样品和碳点反应前后的荧光强度变化，计算反应前后相对荧光强度变化值，参照步骤4)中获得的标准曲线，得到待测样品中四环素类抗生素的含量；

所述的四环素类抗生素为金霉素、土霉素或四环素。

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