RU2804088C1 - Method for making solution of carbon points from berry juices - Google Patents

Method for making solution of carbon points from berry juices Download PDF

Info

Publication number
RU2804088C1
RU2804088C1 RU2022135154A RU2022135154A RU2804088C1 RU 2804088 C1 RU2804088 C1 RU 2804088C1 RU 2022135154 A RU2022135154 A RU 2022135154A RU 2022135154 A RU2022135154 A RU 2022135154A RU 2804088 C1 RU2804088 C1 RU 2804088C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
berry
carbon
juices
juice
Prior art date
Application number
RU2022135154A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марфа Никитична Егорова
Светлана Афанасьевна Смагулова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2804088C1 publication Critical patent/RU2804088C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the production of a carbon solution from berry juices and can be used in the manufacture of luminescent materials. A method has been proposed for making a solution of carbon points from berry juices, which involves obtaining a reaction mixture, wherein the juice of lingonberries, or blueberries, or red currants, or bird cherry is used as berry juice, and a reaction mixture is obtained with the following ratio of components, in parts by weight: deionized water 100; 25% aqueous ammonia solution 35.8-36.2; berry juice 13.33±0.02, after which the resulting solution is placed in an autoclave and kept in a drying chamber at a temperature of 180±2°C for 1±0.5 hours and cooled to a temperature of 25±5°C, then the solution is subjected to dialysis purification for 12±1 hours.
EFFECT: making a solution of carbon dots from the juices of lingonberries, blueberries, red currants or bird cherry synthesized by a simple hydrothermal method, whereas the solution is non-toxic and has luminescence in the blue-green region of the spectrum.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении люминесцентных материалов в оптоэлектронных устройствах, катализе и биомедицине.The invention relates to nanotechnology and can be used in the manufacture of luminescent materials in optoelectronic devices, catalysis and biomedicine.

Известно, что углеродные точки являются новым классом углеродных люминесцентных наноматериалов, которые стали альтернативой традиционным полупроводниковым квантовым точкам и органическим красителям, благодаря своей настраиваемой люминесценции, низкой токсичности и высокой биосовместимости. В настоящее время представляет интерес синтезировать углеродные точки методами «зеленой химии» с использованием природных, возобновляемых прекурсоров, которые по сравнению с синтетическими углеродными прекурсорами предлагают низкие затраты, высокую растворимость в воде и меньшую токсичность. В связи с этим, углеродные точки из природных прекурсоров обладают большим потенциалом для разработки приложений в областях биомедицины, а именно детектирования, биовизуализации, тераностики, антибактериальных препаратов и др. Исходя из этого, предложено использование в качестве углеродных прекурсоров соки ягод, произрастающих на территории Якутии. Carbon dots are known to be a new class of carbon luminescent nanomaterials that have become an alternative to traditional semiconductor quantum dots and organic dyes due to their tunable luminescence, low toxicity and high biocompatibility. There is current interest in synthesizing carbon dots using green chemistry methods using natural, renewable precursors that offer low cost, high water solubility, and lower toxicity compared to synthetic carbon precursors. In this regard, carbon dots from natural precursors have great potential for developing applications in the fields of biomedicine, namely detection, bioimaging, theranostics, antibacterial drugs, etc. Based on this, it has been proposed to use berry juices growing in Yakutia as carbon precursors .

Известен синтез углеродных точек из ягод черники методом ультразвуковой обработки (см. Ayşe Merve Aslandaş, Neslihan Balcı, Mustafa Arık, Halis Şakiroğlu, Yavuz Onganer, Kadem Meral, Liquid nitrogen-assisted synthesis of fluorescent carbon dots from Blueberry and their performance in Fe3+ detection, Applied Surface Science, Volume 356, 2015, Pages 747-752, DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.08.147). Недостатком данного способа является трудоёмкий этап подготовки углеродного прекурсора. The synthesis of carbon dots from blueberries by ultrasonic treatment is known (see Ayşe Merve Aslandaş, Neslihan Balcı, Mustafa Arık, Halis Şakiroğlu, Yavuz Onganer, Kadem Meral, Liquid nitrogen-assisted synthesis of fluorescent carbon dots from Blueberry and their performance in Fe 3+ detection, Applied Surface Science, Volume 356, 2015, Pages 747-752, DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.08.147). The disadvantage of this method is the labor-intensive stage of preparing the carbon precursor.

Кроме того, известен способ синтеза углеродных точек из сока апельсина гидротермальным методом для создания биовизуализирующих агентов (см. Swagatika Sahu, Birendra Behera, Tapas K. Maitib Sasmita Mohapatra, Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice: application as excellent bio-imaging agents Chem. Commun., 2012, 48, 8835–8837. DOI: 10.1039/C2CC33796G). Недостатком известного метод является использование токсичных реактивов на этапе очистки.In addition, there is a known method for synthesizing carbon dots from orange juice by a hydrothermal method to create bioimaging agents (see Swagatika Sahu, Birendra Behera, Tapas K. Maitib Sasmita Mohapatra, Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice: application as excellent bio-imaging agents Chem. Commun., 2012, 48, 8835–8837. DOI: 10.1039/C2CC33796G ). The disadvantage of this known method is the use of toxic reagents at the purification stage.

Способ синтеза углеродных точек из ягод Lantana camara (Лантана сводчатая) включает многоступенчатые процессы синтеза и очистки (см. Rajkumar Bandi, Ramakrishna Dadigala, Bhagavanth Reddy Gangapuram, Veerabhadram Guttena, Green synthesis of highly fluorescent nitrogen – Doped carbon dots from Lantana camara berries for effective detection of lead(II) and bioimaging, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, Volume 178, 2018, Pages 330-338, ISSN 1011-1344, https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2017.11.010).The method for the synthesis of carbon dots from Lantana camara berries (Lantana vaulted) includes multi-step synthesis and purification processes (see Rajkumar Bandi, Ramakrishna Dadigala, Bhagavanth Reddy Gangapuram, Veerabhadram Guttena, Green synthesis of highly fluorescent nitrogen – Doped carbon dots from Lantana camara berries for effective detection of lead(II) and bioimaging, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, Volume 178, 2018, Pages 330-338, ISSN 1011-1344, https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2017.11.010 ).

По способу синтеза углеродных точек из ягод Муррайя Кёнига (см. M. Preethi, C. Viswanathan, N. Ponpandian, An environment-friendly route to explore the carbon quantum dots derived from curry berries (Murrayakoenigii L) as a fluorescent biosensor for detecting vitamin B12, Materials Letters, Volume 303, 2021, 130521, ISSN 0167-577X, https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130521) проводят ультразвуковую обработку ягод карри без использования нагрева. For the method of synthesizing carbon dots from Murray Koenigii berries (see M. Preethi, C. Viswanathan, N. Ponpandian, An environment-friendly route to explore the carbon quantum dots derived from curry berries (Murrayakoenigii L) as a fluorescent biosensor for detecting vitamin B12, Materials Letters, Volume 303, 2021, 130521, ISSN 0167-577X, https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130521 ) carry out ultrasonic treatment of curry berries without the use of heat.

Недостатком известных решений является слабая интенсивность люминесценции полученных углеродных точек.The disadvantage of the known solutions is the weak luminescence intensity of the resulting carbon dots.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в создании способа получения раствора углеродных точек на основе оригинального возобновляемого (природного) прекурсора, характеризующегося относительной технологической простотой, экологичностью, безопасностью и экономичностью процессов синтеза. The problem to be solved by the claimed invention is expressed in the creation of a method for producing a solution of carbon dots based on an original renewable (natural) precursor, characterized by relative technological simplicity, environmental friendliness, safety and cost-effectiveness of synthesis processes.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в получении раствора углеродных точек из соков ягод брусники, голубики, красной смородины или черёмухи, синтезированных простым гидротермальным методом, без использования дорогостоящего оборудования и реактивов. Получаемые растворы углеродных точек нетоксичны, обладают яркой и стабильной люминесценцией. The technical effect obtained by solving the problem is expressed in the production of a solution of carbon points from the juices of lingonberries, blueberries, red currants or bird cherry, synthesized by a simple hydrothermal method, without the use of expensive equipment and reagents. The resulting solutions of carbon dots are non-toxic and have bright and stable luminescence.

Для решения поставленной задачи способ получения раствора углеродных точек из соков ягод характеризуется тем, что включает получение реакционной смеси при этом в качестве сока ягод используют сок ягоды брусники или голубики или красной смородины или черёмухи, полученный при помощи блендера и последующей фильтрацией, причем, получают реакционную смесь при следующем соотношении компонентов, в мас.ч.: деионизованная вода – 100; 25 % водный раствор аммиака – 35,8-36,2; сок ягоды – 13,33±0,02, после чего, полученный раствор помещают в автоклав, например, политетрафторэтиленовый автоклав и выдерживают в сушильной камере при температуре 180±2°С в течение 1±0,5 часа и охлаждают до температуры 25±5°С, затем раствор подвергают диализной очистке, например, в диализном мешке (MWCO 3,5 кДа), в течение 12±1 часов.To solve the problem, the method of obtaining a solution of carbon points from berry juices is characterized by the fact that it includes obtaining a reaction mixture; in this case, the juice of lingonberries or blueberries or red currants or bird cherry is used as berry juice, obtained using a blender and subsequent filtration, and a reaction mixture is obtained mixture with the following ratio of components, in parts by weight: deionized water – 100; 25% aqueous ammonia solution – 35.8-36.2; berry juice – 13.33±0.02, after which the resulting solution is placed in an autoclave, for example, a polytetrafluoroethylene autoclave and kept in a drying chamber at a temperature of 180±2°C for 1±0.5 hours and cooled to a temperature of 25± 5°C, then the solution is subjected to dialysis purification, for example, in a dialysis bag (MWCO 3.5 kDa), for 12±1 hours.

Сопоставительный анализ признаков заявленного способа с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного способа критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed method with the features of analogues indicates that the claimed method meets the “novelty” criterion.

Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, получение раствора углеродных точек с яркой и стабильной люминесценцией из возобновляемых (природных) прекурсоров соков ягод брусники, голубики, красной смородины или черёмухи. The combination of features of the invention provides a solution to the stated technical problem, namely, obtaining a solution of carbon dots with bright and stable luminescence from renewable (natural) juice precursors of lingonberries, blueberries, red currants or bird cherry.

Сущность заявленного способа получения раствора углеродных точек заключается во взаимодействии соков ягод брусники, голубики, красной смородины или черёмухи с водой и водным раствором аммиака при температуре 180±2°С в автоклаве в течение 1±0,5 часа. The essence of the claimed method for obtaining a solution of carbon dots lies in the interaction of juices of lingonberries, blueberries, red currants or bird cherry with water and an aqueous solution of ammonia at a temperature of 180±2°C in an autoclave for 1±0.5 hours.

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигурах 1 и 2 показаны спектры поглощения водных растворов углеродных точек из соков ягод (на основе снимков на спектрофотометре Perkin Elmer), характеризующие ультрафиолетовое поглощение; на фигуре 3 – спектры излучения углеродных точек из соков ягод (на основе снимков на спектрометре Perkin Elmer LS 50B), характеризующие люминесцентные свойства получаемых растворов.The claimed technical solution is illustrated by a drawing, where figures 1 and 2 show the absorption spectra of aqueous solutions of carbon dots from berry juices (based on images on a Perkin Elmer spectrophotometer), characterizing ultraviolet absorption; Figure 3 shows emission spectra of carbon dots from berry juices (based on images on a Perkin Elmer LS 50B spectrometer), characterizing the luminescent properties of the resulting solutions.

В качестве исходного сырья используют соки ягод брусники, голубики, красной смородины или черёмухи, полученные блендером и фильтрованием. В качестве источника азота, как допирующего (легирующего) агента, используют водный раствор аммиака, обладающего низкой токсичностью и легкой летучестью. The raw materials used are juices from lingonberries, blueberries, red currants or bird cherry, obtained by blending and filtering. An aqueous solution of ammonia, which has low toxicity and slight volatility, is used as a source of nitrogen and as a doping (alloying) agent.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. The implementation of the invention is achieved as follows.

В политетрафторэтиленовый автоклав загружали компоненты из расчета на 100 мас.ч. деионизованной воды, а именно, в 15±0,1 мл деионизованной воды добавляли 6±0,1 мл 25% водного раствора аммиака (35,8-36,2 мас.ч.) и 2±0,1 мл сока ягоды (13,33±0,02 мас.ч.). Далее раствор с автоклавом помещали в сушильный шкаф и выдерживали в течение 1±0,5 часа при 180±2°С. После чего автоклав охлаждали до достижения температуры 25±5°С. Components were loaded into a polytetrafluoroethylene autoclave based on 100 parts by weight. deionized water, namely, 6±0.1 ml of 25% aqueous ammonia solution (35.8-36.2 parts by weight) and 2±0.1 ml of berry juice were added to 15±0.1 ml of deionized water ( 13.33±0.02 parts by weight). Next, the solution with the autoclave was placed in a drying cabinet and kept for 1±0.5 hours at 180±2°C. After which the autoclave was cooled until the temperature reached 25±5°C.

В ходе синтеза полученный раствор приобретает коричневый цвет. После охлаждения раствора выполняли диализную очистку для удаления побочных продуктов реакции. Для чего, раствор в диализном мешке размерами пор 3,5 кДа помещали в деионизованную воду и подвергали постоянному перемешиванию. Продолжительность процесса очистки составляла 12±1 часов. Далее, очищенный раствор исследовали на содержание углеродных точек.During the synthesis, the resulting solution becomes brown. After cooling the solution, dialysis purification was performed to remove reaction byproducts. For this purpose, the solution in a dialysis bag with a pore size of 3.5 kDa was placed in deionized water and subjected to constant stirring. The duration of the cleaning process was 12±1 hours. Next, the purified solution was examined for the content of carbon points.

Были исследованы спектры поглощения и спектры люминесценции полученных углеродных точек. На спектрах поглощения углеродных точек из брусники, голубики и красной смородины имеют один пик на 269 нм. Данная полоса поглощения была приписана π→π*-переходу ароматических связей C=C (см. фиг. 1). В углеродных точках из черемухи присутствует пик при 228 нм, который обусловлен π→π* переходами в связи С=С, а пик при 282 нм соответствует n→π* переходу в связи С=О (см. фиг. 2). The absorption spectra and luminescence spectra of the obtained carbon dots were studied. In the absorption spectra, carbon dots from lingonberries, blueberries and red currants have one peak at 269 nm. This absorption band was attributed to the π→π* transition of aromatic bonds C=C (see Fig. 1). In bird cherry carbon dots there is a peak at 228 nm, which is due to π→π* transitions in the C=C bond, and a peak at 282 nm corresponds to the n→π* transition in the C=O bond (see Fig. 2).

Люминесценция полученных углеродных точек зависит от изменения длины волны возбуждения (см. фиг. 3). Смещение максимумов спектров люминесценции углеродных точек из брусники наблюдалось от 419 до 508 нм (см. фиг. 3, а), из голубики – от 407 до 511 нм (см. фиг. 3, б), из красной смородины – от 396 до 503 нм (см. фиг. 3, в), из черемухи – от 422 до 510 нм (см. фиг. 3, г).The luminescence of the resulting carbon dots depends on the change in excitation wavelength (see Fig. 3). A shift in the maxima of the luminescence spectra of carbon dots from lingonberries was observed from 419 to 508 nm (see Fig. 3, a), from blueberries - from 407 to 511 nm (see Fig. 3, b), from red currants - from 396 to 503 nm (see Fig. 3, c), from bird cherry - from 422 to 510 nm (see Fig. 3, d).

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет получить раствор углеродных точек из соков ягод брусники, голубики, красной смородины или черёмухи, синтезированный простым гидротермальным методом, при этом раствор нетоксичен и обладает люминесценцией в сине-зеленой области спектра.Thus, the claimed technical solution makes it possible to obtain a solution of carbon dots from the juices of lingonberries, blueberries, red currants or bird cherry, synthesized by a simple hydrothermal method, while the solution is non-toxic and has luminescence in the blue-green region of the spectrum.

Claims (5)

Способ получения раствора углеродных точек из соков ягод, характеризующийся тем, что включает получение реакционной смеси, при этом в качестве сока ягод используют сок ягоды брусники, или голубики, или красной смородины, или черёмухи, причем получают реакционную смесь при следующем соотношении компонентов, в мас.ч.: A method of obtaining a solution of carbon points from berry juices, characterized in that it includes obtaining a reaction mixture, wherein the juice of lingonberries, or blueberries, or red currants, or bird cherry is used as berry juice, and a reaction mixture is obtained with the following ratio of components, in wt. .ch.: деионизованная вода – 100; deionized water – 100; 25% водный раствор аммиака – 35,8-36,2; 25% aqueous ammonia solution – 35.8-36.2; сок ягоды – 13,33±0,02, berry juice – 13.33±0.02, после чего полученный раствор помещают в автоклав и выдерживают в сушильной камере при температуре 180±2°С в течение 1±0,5 часа и охлаждают до температуры 25±5°С, затем раствор подвергают диализной очистке в течение 12±1 часов.after which the resulting solution is placed in an autoclave and kept in a drying chamber at a temperature of 180±2°C for 1±0.5 hours and cooled to a temperature of 25±5°C, then the solution is subjected to dialysis purification for 12±1 hours.
RU2022135154A 2022-12-29 Method for making solution of carbon points from berry juices RU2804088C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804088C1 true RU2804088C1 (en) 2023-09-26

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105754592A (en) * 2015-10-29 2016-07-13 云南大学 Water-soluble fluorescent carbon quantum dot preparation method
CN110157423A (en) * 2019-06-27 2019-08-23 蚌埠学院 A kind of method and application based on stalk preparation carbon quantum dot
RU2727388C1 (en) * 2020-03-01 2020-07-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Method of producing carbon dots from birch bark precursor
RU2738266C1 (en) * 2019-12-24 2020-12-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" Quantum dots based on oxalic acid and 4-r-benzene-1,2-diamine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105754592A (en) * 2015-10-29 2016-07-13 云南大学 Water-soluble fluorescent carbon quantum dot preparation method
CN110157423A (en) * 2019-06-27 2019-08-23 蚌埠学院 A kind of method and application based on stalk preparation carbon quantum dot
RU2738266C1 (en) * 2019-12-24 2020-12-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" Quantum dots based on oxalic acid and 4-r-benzene-1,2-diamine
RU2727388C1 (en) * 2020-03-01 2020-07-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Method of producing carbon dots from birch bark precursor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕГОРОВА М.Н. и др., Исследование оптических и структурных свойств углеродных точек, Аспирантские чтения-2021 [Электронный ресурс] : сборник материалов научно-практической конференции аспирантов СВФУ, г. Якутск, 25 мая 2021 г. / [Ред. коллегия: С.И. Федоров, А.М. Захарова], - Якутск : Издательсский дом СВФУ, 2021, с. 25-28. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahu et al. Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice: application as excellent bio-imaging agents
CN110128435B (en) Preparation and application of nitroso peroxide ratio type fluorescent probe
FR2672281A1 (en) MIXED PHOSPHATE OF LANTHANE, TERBIUM AND CERIUM, PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF
CN108753283B (en) Method for safely and simply preparing double-doped nitrogen and phosphorus carbon quantum dots
CN103361047A (en) Functional fluorescence carbon nanoparticles based on natural saccharide materials and preparation method and application thereof
Abdelhameed et al. Engineering lanthanide-optical centres in IRMOF-3 by post-synthetic modification
Du et al. Nitrogen-doped carbon dots with heterogeneous multi-layered structures
Naughton et al. High temperature continuous flow synthesis of CdSe/CdS/ZnS, CdS/ZnS, and CdSeS/ZnS nanocrystals
Oliveri et al. New molecular architectures by aggregation of tailored zinc (II) Schiff-base complexes
CN109321240B (en) Orange fluorescent carbon dot and preparation method thereof
EP3342753A1 (en) Manufacturing method of luminous nanocarbon
RU2804088C1 (en) Method for making solution of carbon points from berry juices
Costa et al. Use of ionic liquid as template for hydrothermal synthesis of the MCM-41 mesoporous material
CN110467916B (en) Nitrogen-doped carbon quantum dot green fluorescent material and preparation method thereof
CN110041923B (en) Preparation method and application of fluorescent carbon quantum dots Phe-CDs
CN114456806B (en) Near infrared fluorescent nano probe capable of recognizing palladium ions and preparation method and application thereof
CN105505387B (en) Fluorescent carbon nano-quantum point based on natural pectin and preparation method thereof
Smagulova et al. Synthesis of carbon dots with tunable luminescence
CN114958364B (en) Preparation method and application of green fluorescent graphene quantum dot
CN108409669B (en) Synthesis and application of benzimidazolyl supramolecular gelator based on Hofmann complete methylation
Meesaragandla et al. Double bond terminated Ln 3+-doped LiYF 4 nanocrystals with strong single band NIR emission: simple click chemistry route to make water dispersible nanocrystals with various functional groups
Kapitonov et al. Hydrothermal synthesis of carbon dots and their luminescence
CN111592560B (en) Photosensitizer probe and preparation method and application thereof
de Azevedo et al. The new supra molecular nano-aggregate curcumin-cucurbit [7] uril: synthesis, photophysical properties and biocompatibility evaluation
Fylymonova et al. The formation of J-aggregates in solutions of reverse micelles