CN114854403B

CN114854403B - 一种橙色荧光碳点及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114854403B
Application number: CN202210420763.6A
Authority: CN
Inventors: 郭建花; 路雯婧; 李明璐; 孟雅婷; 董川
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2022-04-21
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2042-04-21
Also published as: CN114854403A

Abstract

本发明提供一种橙色荧光碳点及其制备方法和应用，所述的碳点(CDs)是以中性红和聚乙烯亚胺(PEI)为原料，通过一步水热合成法制备得到；该碳点水溶性良好且光学性能稳定，可以发出橙色荧光。本发明碳点的制备方法简便，制得的碳点作为荧光探针能够用于桑色素的分析检测。基于聚集诱导发射增强机理，碳点的荧光加入桑色素以后显著增强。根据荧光的变化程度可以检测出桑色素的含量。此外，通过将碳点掺入琼脂糖进一步制备了光学性质良好的荧光水凝胶，并且可以用于实时半定量可视化检测桑色素。本发明提供的检测桑色素的方法与传统方法相比，操作简便，无需复杂的前处理过程，而且灵敏度高。

Description

一种橙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，具体涉及一种橙色荧光碳点及其制备方法，以及将该碳点用于检测桑色素。

背景技术

桑色素是一种多羟基黄酮类化合物，广泛存在于食品和桑科植物中。据报道，桑色素可以在人体内发挥多种有益作用，如抗炎，清除自由基，抗病毒和心脏保护作用等。此外，桑色素也被开发作为传统的中药，并在临床实践中应用于治疗感冒发烧，降低血压，预防癌症和心血管疾病等。然而，研究表明，高剂量的桑色素可以对细胞产生促氧化作用，影响物质的吸收，药物代谢甚至造成DNA损伤。因此，开发有效的检测桑色素的方法具有重要意义。目前，已经开发了多种分析方法用于桑色素检测，包括高效液相色谱(HPLC)，电化学分析和核磁共振光谱(NMR)等方法。但是上述方法通常需要昂贵的仪器，复杂的样品前处理过程和操作熟练的专业分析人员，一定程度限制了在实际样品中检测桑色素。因此，开发简便、经济、可靠的探针和方法用于测定桑色素具有重要作用。

近年来，以碳点为代表的荧光分析技术因其成本低，操作简单，响应快，选择性好以及灵敏度高等优点而受到研究人员的广泛关注。碳点(CDs)，零维碳纳米粒子，与传统的有机染料和半导体量子点相比，由于其独特的光学性质，良好的光稳定性，生物相容性等优点在桑色素的免标记识别方面展现出巨大的应用前景。

因此，本发明基于碳点优异的荧光性质和生物性能，开发了一种荧光碳点和分析方法用于检测桑色素。该方法具有简单易行，灵敏度非常高的优点，预示着将其应用于桑色素的分析在生物医学中具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橙色荧光碳点及其制备方法；碳点的制备方法简便，所制备的碳点表面化学结构优异，可应用于检测桑色素，并展现出良好的选择性和灵敏度。

本发明提供的一种橙色荧光碳点的制备方法，包括以下步骤：

1)、将5-15mg的中性红置于玻璃烧杯中加入18-25mL二次水，加入200-600μL的聚乙烯亚胺充分搅拌后超声溶解10-15分钟；

2)、将上述溶液转移至水热反应釜中，并置于烘箱内，180℃反应2-6小时；

3)、待反应停止后静置水热反应釜，冷却至室温，过滤，将反应产物在8000r/m转速下离心10min，通过100Da的透析袋透析处理18-36h得到澄清橘色的溶液，用0.22μm滤膜过滤后得到纯净的碳点水溶液；

4)、将上述碳点溶液冷冻干燥后得到目标产物。

上述方法制备的碳点发出橙色荧光且光学性质稳定，具有良好的水溶性和分散性，制备方法简便，利用一步水热合成法即可制得。此外，该碳点表现出良好的选择性，在碳点溶液中，加入桑色素以后，碳点的荧光发生显著增强。

本发明提供的一种橙色荧光碳点检测桑色素的方法，其特征在于步骤为：

1)、配置浓度为300μg/mL的碳点溶液；

2)、配置浓度为10.0mM的桑色素的标准溶液；

3)、向碳点溶液中逐渐滴加5μL不同浓度桑色素溶液(0-16.7μM)，使碳点的荧光逐渐增强；

4)、测定碳点反应前后的荧光强度，根据碳点的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系建立检测桑色素的标准曲线。

5)、定量检测：测定待测尿液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，得到待测尿液样品中桑色素的含量。

本发明提供的一种利用橙色荧光碳点制备水凝胶片用于检测桑色素的方法，其特征在于，

1)将所述碳点的粉末和琼脂糖溶解到水中，加热煮沸3分钟；

2)将此混合溶液注入圆形模具，冷却后得到圆形的荧光碳点水凝胶片；

3)将水凝胶片浸入含有不同浓度的桑色素的样品溶液中一段时间，在365nm的紫外灯下观察水凝胶的荧光强度；

4)同样将水凝胶片浸入含有桑色素的实际样本尿液中一段时间，在365nm的紫外灯下观察水凝胶的荧光强度；根据步骤3)中观察水凝胶的荧光强度和其所对应的样品溶液中桑色素的浓度即可得到样本尿液中桑色素的浓度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过一步水热法即可得到橙色荧光碳点，所制备的橙色荧光碳点具有良好的水溶性、生物相容性、稳定性。所制备的碳点可用于检测桑色素，线性范围为0.33～10.67μmol/L，检测限为57nmol/L.

(2)本发明利用荧光碳点进一步制备成荧光碳点水凝胶，实现了可视化半定量地检测桑色素。该方法简便易行，有望应用于临床实践中尿液中桑色素的可视化检测。

(3)本发明所述的荧光碳点在检测桑色素的应用与传统的桑色素检测方法相比，操作简便，无需复杂的样品前处理过程，具有非常高的灵敏度，在实际操作中更具有优越性。

附图说明

图1为实施例1制备的橙色荧光碳点的透射电子显微镜图；

图2为实施例1制备的橙色荧光碳点的荧光发射光谱及紫外吸收光谱；

图3为实施例1制备的橙色荧光碳点的红外图谱图；

图4为实施例1制备的橙色碳点的XPS图谱；

图5为实施例1制备的橙色碳点检测桑色素的荧光发射光谱图；

图6为其他物质对橙色碳点检测桑色素无荧光干扰的柱状图；

图7为空白碳点水凝胶片、碳点/桑色素水凝胶片以及碳点/桑色素尿液样品水凝胶片在紫外灯下的照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做详细说明，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

橙色荧光碳点的制备方法：

1)、将10mg中性红和400μL的聚乙烯亚胺置于玻璃烧杯中，加入20mL二次水，充分搅拌后超声溶解15分钟；

2)、将上述溶液转移至水热反应釜中，并置于烘箱内，180℃反应3小时；

3)、待反应停止后静置水热反应釜，冷却至室温，过滤，在8000r/m转速下离心10min，通过100Da的透析袋透析处理24h得到澄清橘色的溶液，用0.22μm滤膜过滤后得到纯净的碳点水溶液；

4)、将上述碳点溶液冷冻干燥后得到橙色固体。

实施例2

将实施例1制备的橙色荧光碳点以透射电子显微镜观察其形貌，从图中的TEM照片可以看出，碳点分散均匀，平均粒径2.14nm，晶格条纹为0.14nm(见图1)。此外对碳点进行了荧光激发、发射和紫外吸收光谱表征(见图2)，在272nm和445nm处的两个吸收峰可分别归因于芳香族苯环sp²的π-π*跃迁和C-N键的n/π*跃迁。橙色荧光碳点的最佳激发和发射波长分别为454nm和590nm。对该碳点进行红外表征和XPS表征(见图3-4)，表面含有氨基、羧基、羟基基团。

实施例3

取实施例1制备的橙色碳点水溶液(300μg/mL)3mL置于荧光比色皿中，然后向荧光杯中逐渐滴加5μL不同浓度桑色素溶液(0-16.7μM)，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λ_ex＝454nm，λ_em＝590nm)，根据桑色素的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系，计算碳点对桑色素的检测线性范围及检出限(见图5)。线性范围为0.33～10.67μmol/L，检测限为57nmol/L.

实施例4

取实施例1制备的橙色荧光碳点水溶液(300μg/mL)3.0mL置于荧光比色皿中，分别加入其他类型干扰物，16.7μL浓度为10mM的黄酮类化合物、67μL浓度为10mM的金属离子，氨基酸和生物小分子溶液，混合均匀，在荧光光度计中扫描发射光谱(λ_ex＝454nm，λ_em＝590nm)，记录加入不同前后，碳点溶液的荧光强度，通过计算相对荧光强度观察碳点对桑色素的选择性。见图6，只有桑色素能使碳点的荧光显著增强。

实施例5

将实施例1制备的1mg的碳点粉末和0.15g的琼脂糖溶解到10mL水中，加热煮沸3分钟；将此混合溶液注入圆形模具，冷却后得到圆形的碳点荧光水凝胶片；浸入含有不同浓度的桑色素的样品溶液中和含有桑色素的实际样本尿液中15min，在365nm的紫外灯下观察水凝胶的荧光强度。见图7，第一排为空白的碳点水凝胶片和它浸入不同浓度的桑色素标准溶液的水凝胶片，空白的碳点水凝胶片呈现微弱的橙色荧光，加入不同浓度的桑色素标准溶液水凝胶荧光强度逐渐增强。第二排为碳点水凝胶浸入含有桑色素的尿液样本中的水凝胶片荧光强度明显强于空白的碳点水凝胶片。

Claims

1.橙色荧光碳点在检测桑色素中的应用，所述的橙色荧光碳点通过如下步骤的方法制备得到：

1）将5-15 mg的中性红置于玻璃烧杯中加入18-25 mL二次水，加入200-600 μL的聚乙烯亚胺充分搅拌后超声溶解10-15分钟；

2）将上述溶液转移至水热反应釜中，并置于烘箱内，180℃反应2- 6小时；

3）待反应停止后静置水热反应釜，冷却至室温，过滤，将反应产物在8000 r/m转速下离心10 min，通过100 Da 的透析袋透析处理18-36 h得到澄清橘色的溶液，用0.22 μm滤膜过滤后得到纯净的碳点水溶液；

4) 将上述碳点溶液冷冻干燥后得到目标产物。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的中性红的质量为10 mg，聚乙烯亚胺的体积为400 μL。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述的橙色荧光碳点用于制备检测尿液中桑色素的探针。

4.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述的橙色荧光碳点用于制备检测尿液中桑色素的探针，步骤为：

1）配置浓度为300 μg/mL的权利要求1中所述碳点溶液；

2）配置浓度为10.0 mM的桑色素的标准溶液；

3）向碳点溶液中逐渐滴加5 μL不同浓度的桑色素溶液，使碳点的荧光逐渐增强；

4）测定碳点反应前后的荧光强度，根据碳点的浓度和相对荧光强度变化值之间的关系建立检测桑色素的标准曲线；

5）定量检测：测定待测尿液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，得到待测尿液样品中桑色素的含量。

5.如权利要求1中所述的应用，其特征在于所述的橙色荧光碳点用于制备检测尿液中桑色素的水凝胶片，包括如下步骤：

1）将权利要求1中所述碳点的粉末和琼脂糖溶解到水中，加热煮沸3分钟；

2）将此混合溶液注入圆形模具，冷却后得到圆形的荧光碳点水凝胶片；

3）将水凝胶片浸入含有不同浓度的桑色素的样品溶液中一段时间，在365 nm的紫外灯下观察水凝胶的荧光强度；

4）同样将水凝胶片浸入含有桑色素的实际样本尿液中一段时间，在365 nm的紫外灯下观察水凝胶的荧光强度；根据步骤3）中观察到的水凝胶的荧光强度和其所对应的样品溶液中桑色素的浓度即可得到样本尿液中桑色素的浓度。