CN112592717A - 一种纳米荧光碳点及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发光材料和纳米材料技术领域，公开了一种纳米荧光碳点及其制备方法，纳米荧光碳点按照质量份数由30‑40份环糊精、30‑40份正硅酸乙酯、20‑25份抗坏血酸、10‑15份尿素以及去离子水组成。本发明反应条件温和、操作步骤简单、重复性高，实现了一步法制备荧光碳点纳米点；本发明制备得到的荧光碳点纳米粒子形貌规则、粒径均一，与传统的碳点相比，具有明亮的荧光；本发明经水热法合成纳米荧光碳点，碳点产率高，荧光量子点产率高。本发明将新型双水相萃取技术用于纳米荧光碳点的分离纯化，工艺简单，分离效果好，为荧光碳点的分离提供了一种新的方法。
Description
技术领域
本发明属于发光材料和纳米材料技术领域，尤其涉及一种纳米荧光碳点及其制备方法。
背景技术
目前：荧光碳量子点作为传统半导体量子点和金属量子点的新型替代荧光材料，不仅具有生物亲和性、荧光稳定性高和化学稳定性好的特点，而且尺寸和表面化学性质可控，有望取代传统量子点在生物医学和生化分析检测等领域的应用。
碳点作为近年来兴起的一种新型荧光碳纳米材料，因具有低毒，生物相容性好，荧光稳定性强，激发和发射波长可调控，耐光漂白，无光闪烁，易于大规模合成及功能化修饰等无可比拟的优势，成为荧光纳米材料中一个新的研究热点，在生物和医药领域都具有广阔的应用前景。碳点的荧光具有荧光素或者半导体量子点都不具备的一个特性，那就是对激发波长的依赖性，即碳点的荧光波长随着激发波长的增加而红移。一般碳点在365nm紫外灯照射下，发出蓝色的荧光。
但由于紫外光激发对生物体损伤较大，且碳点作为荧光标记时发出的蓝色荧光易受杂质干扰，大大限制了其应用。同时现有的荧光量子点产率低、荧光强度偏弱、荧光寿命短和后处理复杂。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的荧光碳点荧光易受杂质干扰，大大限制了其应用；现有的荧光量子点产率低、荧光强度偏弱、荧光寿命短和后处理复杂。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米荧光碳点及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种纳米荧光碳点制备方法，所述纳米荧光碳点制备方法包括：
步骤一，对醋酸钠缓冲液加热至45～55℃完成预热，使用预热的醋酸钠缓冲液作为溶剂加入淀粉中，配制得到2wt％的淀粉溶液，向淀粉溶液中加入淀粉溶液质量的2～3％的异淀粉酶，于强酸条件下脱支15小时，然后沸水浴灭酶，得到脱支反应液；向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备；
步骤二，将低聚麦芽糊精加热溶解后，在还原态条件下加入L-抗坏血酸溶液，得到混合液，向混合液中加入碳酸氢钠溶液调节混合液的pH值为5～5.5，后向混合液中加入糖基转移酶，设定超声时间为65～75℃、超声时间为2～3小时进行超声反应；向反应物中加入加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸；
步骤三，将正硅酸乙酯粗品经水分吸附剂吸附后，得到除去水分的正硅酸乙酯；将所述除去水分的正硅酸乙酯经金属离子改性材料处理后，得到处理后的正硅酸乙酯；
步骤四，将处理后的正硅酸乙酯进行第一次蒸馏，蒸馏时间为20～35分钟，冷凝后，得到一次蒸馏后的正硅酸乙酯；将一次蒸馏后的正硅酸乙酯进行第二次蒸馏，蒸馏时间为30～55分钟；冷凝后，得到二次蒸馏后的正硅酸乙酯；将二次蒸馏后的正硅酸乙酯进行第三次蒸馏，蒸馏时间为40～50分钟，冷凝；经静电吸附处理后，得到高纯正硅酸乙酯；
步骤五，按照比例进行环糊精、抗坏血酸、正硅酸乙酯的称取，将称取的原料进行混合得到混合物，在混合物中加入去离子水，搅拌均匀，设定反应的温度为250～280℃、反应时间为9～10小时进行水热反应，得到纳米荧光碳点粗液；
步骤六，将得到的纳米荧光碳点粗液与有机溶剂、尿素按照比例混合，搅拌均匀，充分静置后进行分相，收集上层的有机溶剂相，回收有机溶剂，剩余固体即为分离纯化后的纳米荧光碳点。
进一步，步骤一中，所述淀粉为天然淀粉，所述天然淀粉为大豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉中的一种或是多种的组合物。
进一步，步骤一中，所述向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备，包括：
(1)向脱支反应液中加入5倍体积的无水乙醇，于6000rpm离心6min，弃上清，向沉淀物中加入预热的Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为2wt％，煮沸65min；
(2)向煮沸后的脱支淀粉溶液中加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，于温度50～60℃、pH值为7.8～8的条件下进行反应，设定反应时间为1～24h，然后进行沸水浴灭酶；
(3)加入3倍体积的的醋酸钠缓冲液，混匀后加入糖化酶，于温度为40～45℃、pH值为6～6.2的条件下反应6h，然后进行沸水浴灭酶，设定转速为800～1000r/min进行离心，除去变性酶蛋白；
(4)在除去变性蛋白酶的上清液中加入上清液10倍体积的无水乙醇，搅拌均匀并离心沉淀环糊精；将沉淀物于-20℃冷冻过夜后冻干48h，除去残留的水分和乙醇，即得环糊精成品。
进一步，所述糖基转移酶为异麦芽葡萄糖基生成酶。
进一步，步骤二中，所述向反应物中加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸，包括：
1)向反应物中加入糖化酶，水解2h后，超滤膜过滤得到超滤流出液；
2)向超滤流出液中加入活性炭脱色后过滤得到滤液；向滤液中加入已活化的酵母菌，发酵16-24h，离心除去菌体，得到上清液；
3)上清液经过柱层析分离提纯后得到抗坏血酸溶液；
4)抗坏血酸溶液在压力-0.5MPa，50℃浓缩后即可得抗坏血酸。
进一步，步骤三中，所述水分吸附剂为硅胶、氯化钙中的一种或是两种的组合物。
进一步，步骤三中，所述金属离子改性材料负载贵金属改性的硅铝凝胶。
进一步，步骤四中，所述冷凝为冷凝管冷凝，冷凝温度为15～25℃。
进一步，步骤六中，所述有机溶剂为无水乙醇。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述纳米荧光碳点的纳米荧光碳点制备方法制备的纳米荧光碳点，所述纳米荧光碳点按照质量份数由30-40份环糊精、30-40份正硅酸乙酯、20-25份抗坏血酸、10-15份尿素以及去离子水组成。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明反应条件温和、操作步骤简单、重复性高，实现了一步法制备荧光碳点纳米点；本发明制备得到的荧光碳点纳米粒子形貌规则、粒径均一，与传统的碳点相比，具有明亮的荧光；本发明经水热法合成纳米荧光碳点，碳点产率高，荧光量子点产率高。本发明将新型双水相萃取技术用于纳米荧光碳点的分离纯化，工艺简单，分离效果好，为荧光碳点的分离提供了一种新的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的纳米荧光碳点制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的使用淀粉、异淀粉酶进行脱支反应液的制备流程图。
图3是本发明实施例提供的向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备流程图。
图4是本发明实施例提供的向反应物中加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸流程图。
图5是本发明实施例提供的进行正硅酸乙酯的蒸馏得到高纯正硅酸乙酯流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米荧光碳点及其制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的纳米荧光碳点制备方法包括：
S101，使用淀粉、异淀粉酶进行脱支反应液的制备；向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备；
S102，将低聚麦芽糊精加热溶解后，在还原态条件下加入L-抗坏血酸溶液，得到混合液，向混合液中加入碳酸氢钠溶液调节混合液的pH值为5～5.5，后向混合液中加入糖基转移酶，设定超声时间为65～75℃、超声时间为2～3小时进行超声反应；向反应物中加入加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸；
S103，将正硅酸乙酯粗品经水分吸附剂吸附后，得到除去水分的正硅酸乙酯；将所述除去水分的正硅酸乙酯经金属离子改性材料处理后，得到处理后的正硅酸乙酯；进行正硅酸乙酯的蒸馏得到高纯正硅酸乙酯；
S104，按照比例进行环糊精、抗坏血酸、正硅酸乙酯的称取，将称取的原料进行混合得到混合物，在混合物中加入去离子水，搅拌均匀，设定反应的温度为250～280℃、反应时间为9～10小时进行水热反应，得到纳米荧光碳点粗液；
S105，将得到的纳米荧光碳点粗液与有机溶剂、尿素按照比例混合，搅拌均匀，充分静置后进行分相，收集上层的有机溶剂相，回收有机溶剂，剩余固体即为分离纯化后的纳米荧光碳点。
步骤S101中，本发明实施例提供的淀粉为天然淀粉，所述天然淀粉为大豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉中的一种或是多种的组合物。
如图2所示，步骤S101中，本发明实施例提供的使用淀粉、异淀粉酶进行脱支反应液的制备，包括：
S201，对醋酸钠缓冲液加热至45～55℃完成预热；
S202，使用预热的醋酸钠缓冲液作为溶剂加入淀粉中，配制得到2wt％的淀粉溶液；
S203，向淀粉溶液中加入淀粉溶液质量的2～3％的异淀粉酶，于强酸条件下脱支15小时；
S204，沸水浴灭酶，得到脱支反应液。
如图3所示，步骤S101中，本发明实施例提供的向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备，包括：
S301，向脱支反应液中加入5倍体积的无水乙醇，于6000rpm离心6min，弃上清，向沉淀物中加入预热的Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为2wt％，煮沸65min；
S302，向煮沸后的脱支淀粉溶液中加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，于温度50～60℃、pH值为7.8～8的条件下进行反应，设定反应时间为1～24h，然后进行沸水浴灭酶；
S303，加入3倍体积的的醋酸钠缓冲液，混匀后加入糖化酶，于温度为40～45℃、pH值为6～6.2的条件下反应6h，然后进行沸水浴灭酶，设定转速为800～1000r/min进行离心，除去变性酶蛋白；
S304，在除去变性蛋白酶的上清液中加入上清液10倍体积的无水乙醇，搅拌均匀并离心沉淀环糊精；将沉淀物于-20℃冷冻过夜后冻干48h，除去残留的水分和乙醇，即得环糊精成品。
本发明实施例提供的糖基转移酶为异麦芽葡萄糖基生成酶。
如图4所示，步骤S102中，本发明实施例提供的向反应物中加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸，包括：
S401，向反应物中加入糖化酶，水解2h后，超滤膜过滤得到超滤流出液；
S402，向超滤流出液中加入活性炭脱色后过滤得到滤液；向滤液中加入已活化的酵母菌，发酵16-24h，离心除去菌体，得到上清液；
S403，上清液经过柱层析分离提纯后得到抗坏血酸溶液；
S404，抗坏血酸溶液在压力-0.5MPa，50℃浓缩后即可得抗坏血酸。
步骤S103中，本发明实施例提供的水分吸附剂为硅胶、氯化钙中的一种或是两种的组合物。
步骤S103中，本发明实施例提供的金属离子改性材料负载贵金属改性的硅铝凝胶。
如图5所示，步骤S103中，本发明实施例提供的进行正硅酸乙酯的蒸馏得到高纯正硅酸乙酯，包括：
S501，将处理后的正硅酸乙酯进行第一次蒸馏，蒸馏时间为20～35分钟，冷凝后，得到一次蒸馏后的正硅酸乙酯；
S502，将一次蒸馏后的正硅酸乙酯进行第二次蒸馏，蒸馏时间为30～55分钟；冷凝后，得到二次蒸馏后的正硅酸乙酯；
S503，将二次蒸馏后的正硅酸乙酯进行第三次蒸馏，蒸馏时间为40～50分钟，冷凝；
S504，经静电吸附处理后，得到高纯正硅酸乙酯。
本发明实施例提供的冷凝为冷凝管冷凝，冷凝温度为15～25℃。
步骤S106中，本发明实施例提供的有机溶剂为无水乙醇。
本发明实施例提供的纳米荧光碳点按照质量份数由30-40份环糊精、30-40份正硅酸乙酯、20-25份抗坏血酸、10-15份尿素以及去离子水组成。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米荧光碳点的纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，所述纳米荧光碳点制备方法包括：
步骤一，对醋酸钠缓冲液加热至45～55℃完成预热，使用预热的醋酸钠缓冲液作为溶剂加入淀粉中，配制得到2wt％的淀粉溶液，向淀粉溶液中加入淀粉溶液质量的2～3％的异淀粉酶，于强酸条件下脱支15小时，然后沸水浴灭酶，得到脱支反应液；向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备；
步骤二，将低聚麦芽糊精加热溶解后，在还原态条件下加入L-抗坏血酸溶液，得到混合液，向混合液中加入碳酸氢钠溶液调节混合液的pH值为5～5.5，后向混合液中加入糖基转移酶，设定超声时间为65～75℃、超声时间为2～3小时进行超声反应；向反应物中加入加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸；
步骤三，将正硅酸乙酯粗品经水分吸附剂吸附后，得到除去水分的正硅酸乙酯；将所述除去水分的正硅酸乙酯经金属离子改性材料处理后，得到处理后的正硅酸乙酯；
步骤四，将处理后的正硅酸乙酯进行第一次蒸馏，蒸馏时间为20～35分钟，冷凝后，得到一次蒸馏后的正硅酸乙酯；将一次蒸馏后的正硅酸乙酯进行第二次蒸馏，蒸馏时间为30～55分钟；冷凝后，得到二次蒸馏后的正硅酸乙酯；将二次蒸馏后的正硅酸乙酯进行第三次蒸馏，蒸馏时间为40～50分钟，冷凝；经静电吸附处理后，得到高纯正硅酸乙酯；
步骤五，按照比例进行环糊精、抗坏血酸、正硅酸乙酯的称取，将称取的原料进行混合得到混合物，在混合物中加入去离子水，搅拌均匀，设定反应的温度为250～280℃、反应时间为9～10小时进行水热反应，得到纳米荧光碳点粗液；
步骤六，将得到的纳米荧光碳点粗液与有机溶剂、尿素按照比例混合，搅拌均匀，充分静置后进行分相，收集上层的有机溶剂相，回收有机溶剂，剩余固体即为分离纯化后的纳米荧光碳点。
2.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤一中，所述淀粉为天然淀粉，所述天然淀粉为大豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉中的一种或是多种的组合物。
3.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤一中，所述向脱支反应液内加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，进行环糊精的制备，包括：
(1)向脱支反应液中加入5倍体积的无水乙醇，于6000rpm离心6min，弃上清，向沉淀物中加入预热的Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为2wt％，煮沸65min；
(2)向煮沸后的脱支淀粉溶液中加入栖热水生菌4-α-糖基转移酶，于温度50～60℃、pH值为7.8～8的条件下进行反应，设定反应时间为1～24h，然后进行沸水浴灭酶；
(3)加入3倍体积的的醋酸钠缓冲液，混匀后加入糖化酶，于温度为40～45℃、pH值为6～6.2的条件下反应6h，然后进行沸水浴灭酶，设定转速为800～1000r/min进行离心，除去变性酶蛋白；
(4)在除去变性蛋白酶的上清液中加入上清液10倍体积的无水乙醇，搅拌均匀并离心沉淀环糊精；将沉淀物于-20℃冷冻过夜后冻干48h，除去残留的水分和乙醇，即得环糊精成品。
4.如权利要求3所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，所述糖基转移酶为异麦芽葡萄糖基生成酶。
5.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤二中，所述向反应物中加入糖化酶，进行水解、超滤、离心、分离提纯，得到抗坏血酸，包括：
1)向反应物中加入糖化酶，水解2h后，超滤膜过滤得到超滤流出液；
2)向超滤流出液中加入活性炭脱色后过滤得到滤液；向滤液中加入已活化的酵母菌，发酵16-24h，离心除去菌体，得到上清液；
3)上清液经过柱层析分离提纯后得到抗坏血酸溶液；
4)抗坏血酸溶液在压力-0.5MPa，50℃浓缩后即可得抗坏血酸。
6.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤三中，所述水分吸附剂为硅胶、氯化钙中的一种或是两种的组合物。
7.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤三中，所述金属离子改性材料负载贵金属改性的硅铝凝胶。
8.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤四中，所述冷凝为冷凝管冷凝，冷凝温度为15～25℃。
9.如权利要求1所述纳米荧光碳点制备方法，其特征在于，步骤六中，所述有机溶剂为无水乙醇。
10.一种应用如权利要求1～9所述纳米荧光碳点的纳米荧光碳点制备方法制备的纳米荧光碳点，其特征在于，所述纳米荧光碳点按照质量份数由30-40份环糊精、30-40份正硅酸乙酯、20-25份抗坏血酸、10-15份尿素以及去离子水组成。
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