CN116285967B - 一种硅掺杂碳量子点、制备方法及其在尿液中巯基化合物含量检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅掺杂碳量子点、制备方法及其在尿液中巯基化合物含量检测中的应用，先将3‑氨丙基三乙氧基硅烷和直接红溶于超纯水中，得到溶液；接着将溶液转移至水热反应釜中，水热反应，自然冷却至室温，得到淡黄色液体，即为一种硅掺杂碳量子点Si‑CDs。该碳量子点可用于检测尿液中巯基化合物含量，碳量子点作为荧光指示剂，利用铜离子对碳量子点淬灭，巯基化合物对荧光恢复作用实现了尿液中巯基化合物的检测，具有检测速度快、灵敏度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳量子点，具体涉及一种硅掺杂碳量子点、制备方法及其在尿液中巯基化合物含量检测中的应用，属于医学检测技术领域。
背景技术
巯基化合物广泛分布在细胞膜、细胞质和细胞核中，在各种组织、细胞代谢的调节上起着重要作用。巯基化合物的活性和数量的变化会引起相应的机能和代谢改变。泌尿系统和生殖系统癌变后(早中晚期)会使巯基分子不可逆的脱落进入尿液中排出体外，而正常情况下尿中不会有巯基化合物，因此检测尿液中的巯基化合物含量，可用于泌尿系统和生殖系统肿瘤的筛查和诊断。
专利CN107576652B公开了一种尿液中巯基化合物的检测试剂，包括体积比为1∶1∶2的测试剂、对照试剂、显色试剂；测试剂为纯化水，对照试剂为含汞化合物、含镉化合物的水溶液，显色试剂为含磷钨酸、磷钼酸、含锂化合物的显色缓冲溶液；制备方法包括，(1)测试剂的分装；(2)对照试剂的制备：将含汞化合物、含镉化合物溶解于纯化水中；(3)显色试剂的制备：将磷钨酸、磷钼酸、含锂化合物混合水溶液与缓冲溶液混合。
目前最常见的巯基化合物检测方法是利用其还原能力，使磷钨酸变为成钨蓝而呈蓝色测定尿中巯基物含量。因磷钨酸试剂必须在酸性环境中才有良好的呈色反应，故以醋酸盐缓冲液将溶液pH调至3-5左右。但在此条件下尿液中存在的尿酸、维生素等也能使磷钨酸还原，故有干扰。此外，这种检测方法的灵敏度较差，极大的影响了临床应用。
因此，有必要提供一种新的检测方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种硅掺杂碳量子点、制备方法及其在尿液中巯基化合物含量检测中的应用，通过新合成碳量子点作为荧光指示剂，利用铜离子对碳量子点淬灭，巯基化合物对荧光恢复作用实现了尿液中巯基化合物的检测。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
1、一种硅掺杂碳量子点的制备方法，具体步骤如下：
步骤S1，先将3-氨丙基三乙氧基硅烷和直接红溶于超纯水中，得到溶液；
步骤S2，接着将溶液转移至水热反应釜中，160～200℃反应4～6小时，自然冷却至室温，得到淡黄色液体，即为所述的硅掺杂碳量子点Si-CDs。
优选的，步骤S1中，3-氨丙基三乙氧基硅烷、直接红、超纯水的配比为2mL：6mg：20mL。
2、一种硅掺杂碳量子点，是通过上述制备方法得到的。
优选的，所述硅掺杂碳量子点具有最大荧光强度的激发波长在325nm处，具有最大荧光强度的发射波长在435nm处。
3、上述一种硅掺杂碳量子点在尿液中巯基化合物含量检测中的应用。
4、基于前述硅掺杂碳量子点的一种尿液中巯基化合物含量的检测方法，具体步骤如下：
(1)先将前述硅掺杂碳量子点利用超纯水稀释10倍得到碳量子点稀释液，接着加入硫酸铜溶液和PBS缓冲溶液，得到预混液；
(2)再将不同浓度的还原型谷胱甘肽溶液与预混液混合，20～40℃反应4～10分钟，绘制还原型谷胱甘肽溶液浓度的对数与荧光淬灭率关系的标准曲线；
(3)然后将尿液样本稀释后替换还原型谷胱甘肽溶液，与预混液混合，在20～40℃条件下反应4～10分钟，检测荧光强度值，并根据标准曲线确定尿液样本中巯基化合物的含量。
优选的，步骤(1)中，碳量子点稀释液、硫酸铜溶液、PBS缓冲溶液的体积比为2mL：50μL：500μL，硫酸铜溶液的浓度为6mmol/L，PBS缓冲溶液的pH为8～11。
进一步优选的，PBS缓冲溶液的pH为9。
优选的，步骤(2)和步骤(3)中反应温度均为30℃。
优选的，步骤(2)和步骤(3)中反应时间为6～10分钟。
本发明的有益效果：
本发明将3-氨丙基三乙氧基硅烷和直接红溶于超纯水中，得到溶液；接着将溶液转移至水热反应釜中，水热反应，自然冷却至室温，得到淡黄色液体，即为一种硅掺杂碳量子点Si-CDs。该碳量子点可用于检测尿液中巯基化合物含量，碳量子点作为荧光指示剂，利用铜离子对碳量子点淬灭，巯基化合物对荧光恢复作用实现了尿液中巯基化合物的检测，具有检测速度快、灵敏度高等特点。
还原型谷胱甘肽是含有巯基(SH)的三肽类化合物，本发明将还原型谷胱甘肽作为巯基化合物检测的标准物使用。
附图说明
图1是本发明中硅掺杂碳量子点Si-CDs的紫外吸收光谱及荧光光谱图；
图2是本发明中硅掺杂碳量子点Si-CDs高分辨透射电子显微镜图；
图3是硅掺杂碳量子点中加入不同金属离子时的荧光淬灭率图；
图4是不同pH条件下终浓度为100μmol/L的铜离子对碳量子点的淬灭率；
图5是本发明中巯基化合物溶液浓度的对数与荧光强度变化关系的标准曲线图；
图6是不同反应温度条件下硅掺杂碳量子点的荧光强度变化；
图7是不同反应时间条件下硅掺杂碳量子点的荧光强度变化。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
本发明涉及的直接红，购自上海国药(25g)。
实施例1：
一种硅掺杂碳量子点的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，将2ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷和6mg直接红溶解在20mL超纯水中，得到溶液；
步骤S2，将溶液转移至水热反应釜中，在180℃条件下反应4h，自然冷却至室温，得到淡黄色液体即为硅掺杂碳量子点Si-CDs溶液。
取适量Si-CDs溶液稀释10倍后进行紫外吸收光谱-荧光光谱分析，图1是本发明中硅掺杂碳量子点Si-CDs的紫外吸收光谱及荧光光谱图，图2是本发明中硅掺杂碳量子点Si-CDs高分辨透射电子显微镜图。由图1可以看出，硅掺杂碳量子点Si-CDs具有最大荧光强度的激发波长在325nm处，具有最大荧光强度的发射波长在435nm处；且Si-CDs溶液在自然光下呈淡黄色，在紫外光下呈亮蓝色；由图2可以看出，在20nm的显微镜下制备的硅掺杂碳量子点在水中分布均匀，为球形纳米颗粒，平均粒径为2.7nm左右。
实施例2：
一种基于碳量子点检测尿液中巯基化合物的方法，包括如下步骤：
1)按实施例1的制备方法制备得到硅掺杂碳量子点；
2)取2ml稀释10倍的碳量子点Si-CDs，加入50μL浓度为6mmol/L的硫酸铜溶液和500μL的pH值为9的PBS缓冲溶液；
为了说明Cu2+对该碳量子点Si-CDs具有荧光淬灭性，在稀释后的碳量子点Si-CDs溶液中加入终浓度为100μmol/L的不同金属离子。图3是硅掺杂碳量子点中加入不同金属离子时的荧光淬灭率图；由图3可以看出，Cu2+对Si-CDs具有良好的荧光淬灭，而其他的金属离子对Si-CDs的荧光强度影响很小。故选择铜离子作为淬灭Si-CDs荧光的金属离子。
图4示出了不同pH条件下终浓度为100μmol/L的铜离子对碳量子点的淬灭率。由图4可以看出，pH在7时，铜离子对硅掺杂碳量子点的荧光淬灭效果并不显著，淬灭效果几乎为0；而在碱性环境下铜离子对其荧光淬灭效果明显，其中在pH为9时荧光淬灭效果最显著，为70.5％。故选择采用pH为9的PBS缓冲液作为铜离子淬灭硅掺杂碳量子点荧光的碱性环境。
3)将不同浓度的巯基化合物溶液与步骤S2的溶液混合，在30℃条件下反应10min，绘制巯基化合物溶液浓度的对数与荧光强度关系的标准曲线；
经实验发现，巯基化合物与本发明的碳量子点Si-CDs相比，巯基化合物与Cu2+有更强的亲和力，当巯基化合物加入到含有Cu2+的Si-CDs的混合溶液中，Cu2+被巯基化合物夺走，使碳量子点Si-CDs荧光得以恢复，且随着巯基化合物终浓度的不断增加，荧光淬灭率不断降低。通过实验表明，体系中荧光淬灭率与巯基化合物浓度的对数在一定范围内呈线性关系。基于这一原理，通过对反应体系的荧光淬灭率实现对巯基化合物含量的测定。
具体的，巯基化合物溶液的终浓度分别为0、0.3μmol/L、0.6μmol/L、0.9μmol/L、1.2μmol/L、1.5μmol/L、1.8μmol/L、2.7μmol/L、3.6μmol/L；在322nm的激发波长下，检测荧光强度值，并计算得到荧光淬灭率。图5是本发明中巯基化合物溶液浓度的对数与荧光淬灭率关系的标准曲线图。由图5可以看出，巯基化合物溶液终浓度在0.3-3.6μmol/L范围内，荧光淬灭率与巯基化合物溶液浓度的对数成线性关系，其线性方程式为ΔF/F0＝0.31250+0.34218log C(相关系数R2＝0.99232)，C表示巯基化合物溶液浓度，F0表示碳量子点-Cu2+的荧光强度，ΔF表示反应体系的荧光强度增加量。通过信噪比(S/N＝3)计算得到传感体系的检测下限为0.15μmol/L。本实施例中，制作标准曲线的巯基化合物为还原型谷胱甘肽。
4)尿样检测，将尿样稀释后替换巯基化合物溶液，与步骤S2的溶液混合，在30℃条件下反应10min，检测荧光强度值，并根据标准曲线测定尿样中巯基化合物的含量。
需要说明的是，还原型谷胱甘肽是含有巯基(SH)的三肽类化合物，因此可以作为巯基化合物检测的标准物使用。
实施例3：
反应温度条件优化：
取2ml稀释10倍的硅掺杂碳量子点Si-CDs，加入50μL浓度为6mmol/L的硫酸铜溶液和500μL的pH值为9的PBS缓冲溶液后，然后加入还原型谷胱甘肽溶液使其终浓度为3.6μmol/L，分别在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃条件下反应10分钟，检测反应体系的荧光强度变化。图6是不同反应温度条件下硅掺杂碳量子点的荧光强度变化。由图6可以看出，在反应温度为30℃时，硅掺杂碳量子点的荧光强度变化最高，因此，本实施例中将反应体系的最佳反应温度设定为30℃。
实施例4：
反应时间优化：
取2ml稀释10倍的碳量子点Si-CDs，加入50μL浓度为6mmol/L的硫酸铜溶液和500μL的pH值为9的PBS缓冲溶液后，然后加入巯基化合物溶液使其终浓度为3.6μmol/L的，在30℃条件下分别反应1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min，检测反应体系的荧光强度变化。
图7是不同反应时间条件下硅掺杂碳量子点的荧光强度变化。由图7可以看出，在6min时可结束反应，但为了保证反应体系的稳定，反应时间可设定为10min。
由此可知，反应体系的最佳反应温度为30℃、最佳反应时间为10min。
以本发明的检测方法与现有技术中磷钨酸检测方法(张力文,尚中博,常志显,等.巯基检测方法研究进展[J].河南大学学报(自然科学版),2018,48(4):430-443.)进行比较，检测相同的试样，对比检测结果见表1。
表1.肿瘤患者和正常人尿中巯基化合物浓度
由此可知，采用传统磷钨酸检测方法，检测结果中出现了假阴性现象，而影响了检测准确度。本发明提供的硅掺杂碳量子点检测尿液中巯基化合物的方法，检测精度更高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种硅掺杂碳量子点在尿液中巯基化合物含量检测中的应用，其特征在于，所述的硅掺杂碳量子点，是通过以下制备方法得到的：
步骤S1，先将3-氨丙基三乙氧基硅烷和直接红溶于超纯水中，得到溶液；
步骤S2，接着将溶液转移至水热反应釜中，160～200℃反应4～6小时，自然冷却至室温，得到淡黄色液体，即为所述的硅掺杂碳量子点Si-CDs。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤S1中，3-氨丙基三乙氧基硅烷、直接红、超纯水的配比为2mL：6mg：20mL。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述硅掺杂碳量子点具有最大荧光强度的激发波长在325nm处，具有最大荧光强度的发射波长在435nm处。
4.一种尿液中巯基化合物含量的检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）先将硅掺杂碳量子点利用超纯水稀释10倍得到碳量子点稀释液，接着加入硫酸铜溶液和PBS缓冲溶液，得到预混液；
（2）再将不同浓度的测绘还原型谷胱甘肽溶液与预混液混合，20～40℃反应4～10分钟，绘制还原型谷胱甘肽溶液浓度的对数与荧光淬灭率关系的标准曲线；
（3）然后将尿液样本稀释后替换还原型谷胱甘肽溶液，与预混液混合，在20～40℃条件下反应4～10分钟，检测荧光强度值，并根据标准曲线确定尿液样本中巯基化合物的含量；
其中，所述的硅掺杂碳量子点，是通过以下制备方法得到的：
步骤S1，先将3-氨丙基三乙氧基硅烷和直接红溶于超纯水中，得到溶液；
步骤S2，接着将溶液转移至水热反应釜中，160～200℃反应4～6小时，自然冷却至室温，得到淡黄色液体，即为所述的硅掺杂碳量子点Si-CDs。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤（1）中，碳量子点稀释液、硫酸铜溶液、PBS缓冲溶液的体积比为2mL：50μL：500μL，硫酸铜溶液的浓度为6mmol/L，PBS缓冲溶液的pH为8～11。
6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（3）中反应温度均为30℃。
7.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（3）中反应时间为6～10分钟。
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| CN109266332A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-25 | 南京医科大学 | 一种用于定量检测血液中AChE和BChE的比率型荧光探针的制备方法 |
| CN110938430A (zh) * | 2019-07-01 | 2020-03-31 | 北部湾大学 | 一种硅、氮共掺杂碳量子点及其制备方法和应用 |
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