一种三发射荧光碳点及其制备方法和应用与流程

本发明涉及荧光纳米材料，具体涉及一种三发射荧光碳点及其制备方法，以及三发射荧光碳点在比率荧光和比色双信号连续检测铝离子和焦磷酸根离子中的应用。

背景技术：

碳点(carbondots,cds)是2004年美国克莱蒙森大学xu等(j.am.chem.soc.,2004,126,12736-12737)在研究碳纳米管时意外发现的一种以碳为骨架结构的发荧光的碳纳米材料。作为新兴的荧光碳纳米材料，碳点在化学与生物传感、生物成像、药物传递和光催化等方面具有独特的优势。

目前，碳点主要有两种合成方法：自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即从较大的碳结构剥落制备碳点的物理方法，主要包括电弧放电、激光剥蚀、电化学氧化、电子束辐射等。自下而上的合成方法，即通过热解或碳化合适的前驱物直接合成荧光碳点，包括燃烧法、高温热解法、水热法、微波法、超声波法等。

在过去几年中，碳点的研究主要朝着降低成本、简化操作、提高量子产率或实现大规模生产的方向进行。然而，调整碳点荧光行为的研究较少。由于合成的碳点大多数发射单荧光，因此建立的碳点基荧光探针总是基于单波长荧光强度的变化(增强或减弱)。然而，基于单波长荧光强度变化探针通常受到一些不可避免因素的影响，例如浓度变化、探针分布不均匀以及仪器效率等，这大大妨碍了检测物的精确定量测定。相对而言，基于荧光碳点的比率荧光探针是通过测量探针材料两个不同波长处的荧光强度，以其比值作为信号参量来测定目标物。因此，比率荧光探针可以提高方法的准确性、灵敏度和动态响应范围，在一定程度上解决了基于单波长荧光强度变化探针所存在的问题。目前，关于双发射碳点基比率荧光探针已有报道，而三发射碳点基比率荧光探针的开发很少。因此寻找简单的、方便的方法来合成三发射荧光碳点并将其作为比率荧光探针的研究具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种三发射荧光碳点及其制备方法，该方法应原料简单、制备条件要求低，制得的三发射荧光碳点毒性小、荧光量子产率高、水溶性以及生物相容性好，可用于水溶液中和活细胞中比率荧光和比色双信号连续检测al³⁺和焦磷酸根离子(ppi)。

为实现上述目的本发明提供的技术方案为：

一种三发射荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

(1)按质量比1:3～4:150～400将苏木和三羟甲基氨基甲烷(tris)加入二次水中，制得混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，进行水热反应；

(3)将步骤(2)得到的产物离心除去不溶物得到澄清的红色溶液，用透析袋透析除去杂质，得到三发射荧光碳点溶液；

(4)将步骤(3)得到的三发射荧光碳点溶液冷冻干燥后得到目标三发射荧光碳点。

所述步骤(1)中tris、苏木和二次水按质量比为1:3.5:200～400。

所述步骤(2)中水热反应的温度为180～220℃，时间为2～7h。

所述步骤(3)中的透析是用截留分子量为500～1000da的透析袋透析24h。

本发明方法制备的三发射荧光碳点可用于比率荧光和比色双信号连续检测al³⁺和ppi。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)制得的三发射荧光碳点具有良好的发光性能，将其用作比率荧光探针，可以避免基于单波长荧光强度变化探针所带来的浓度变化、探针分布不均匀以及仪器效率等不可避免因素的影响。

(2)制得的三发射荧光碳点因其稳定性强、毒副作用小、水溶性以及生物相容性好，在生物传感、细胞成像、发光二极管等领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备的三发射荧光碳点的透射电镜图和尺寸分布图

图2为实施例1制备的三发射荧光碳点的原子力显微镜图

图3为实施例1制备的三发射荧光碳点的红外光谱图

图4为实施例1制备的三发射荧光碳点的x射线光电子能谱图

图5为实施例1制备的三发射荧光碳点的紫外吸收光谱图

图6为实施例1制备的三发射荧光碳点在不同激发波长下的荧光发射光谱图

图7为实施例1制备的三发射荧光碳点对al³⁺选择性的图

图8为实施例1制备的三发射荧光碳点溶液随al³⁺浓度变化的荧光发射光谱图

图9为实施例1制备的三发射荧光碳点与al³⁺的混合液随ppi浓度变化的荧光发射光谱图

图10为实施例1制备的三发射荧光碳点溶液、三发射荧光碳点与al³⁺的混合液和三发射荧光碳点与al³⁺及ppi的混合液(依次为：左、中、右)在日光灯下的颜色变化图

图11为实施例1制备的三发射荧光碳点标记的人宫颈癌细胞hela细胞的激光共聚焦图

具体实施方式

以下实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

三发射荧光碳点的制备：

(1)将0.35g苏木和0.1gtris加入40ml去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在220℃下水热反应3h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心30min除去不溶物得到澄清的红色溶液，过滤并透析后得到三发射荧光碳点溶液；

(4)将(3)得到的三发射荧光碳点溶液冷冻干燥后得到三发射荧光碳点。

制备的三发射荧光碳点的透射电镜图和尺寸分布图见图1。

制备的三发射荧光碳点的原子力显微镜图见图2。

制备的三发射荧光碳点的红外光谱图见图3。

制备的三发射荧光碳点的x射线光电子能谱图见图4。

制备的三发射荧光碳点的紫外吸收光谱见图5。

制备的三发射荧光碳点在不同激发波长下的荧光发射光谱图见图6，其中1～12分别是激发波长为330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、410nm、420nm、430nm和440nm激发下的荧光光谱图。

实施例2

三发射荧光碳点的制备：

(1)将0.35g苏木和0.1gtris加入30ml去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在200℃下水热反应5h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心30min除去不溶物得到澄清的红色溶液，过滤并透析后得到三发射荧光碳点溶液；

(4)将(3)得到的三发射荧光碳点溶液冷冻干燥后得到三发射荧光碳点。

实施例3

三发射荧光碳点的制备：

(1)将0.35g苏木和0.1gtris加入20ml去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在180℃下水热反应7h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心30min除去不溶物得到澄清的红色溶液，过滤并透析后得到三发射荧光碳点溶液；

(4)将(3)得到的三发射荧光碳点溶液冷冻干燥后得到三发射荧光碳点。

实施例4

三发射荧光碳点的制备：

(1)将0.35g苏木和0.1gtris加入30ml去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在220℃水热反应3h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心30min除去不溶物得到澄清的红色溶液，过滤并透析后得到三发射荧光碳点溶液；

(4)将(3)得到的三发射荧光碳点溶液冷冻干燥后得到三发射荧光碳点。

实施例5

三发射荧光碳点的制备：

(1)将0.35g苏木和0.1gtris加入20ml去离子水中，制得混合液；

(2)将(1)得到的混合液转移到水热反应釜中，在220℃水热反应7h；

(3)将(2)得到的产物用离心机以4000r/min转速离心30min除去不溶物得到澄清的红色溶液，过滤并透析后得到三发射荧光碳点溶液；

(4)将(3)得到的三发射荧光碳点溶液冷冻干燥后得到三发射荧光碳点。

实施例6

实施例1制备的三发射荧光碳点对al³⁺选择性实验：

用ph＝7.2的tris-hcl缓冲液和cocl2、cdcl2、cucl2、cacl2、fecl3、bacl2、mgcl2、zncl2、mncl2、kcl、alcl3、nacl、pbcl2、nicl2、bicl3、hgcl2分别配制金属离子浓度为262μmol·l^-1的溶液，分别将0.25mg实施例1制备的三发射荧光碳点溶解到1ml上述含不同金属离子的溶液中，固定激发波长为420nm，在20℃下进行荧光光谱检测，根据(i473/i(570+606))，进而达到对al³⁺选择性的检测。

三发射荧光碳点对al³⁺选择性的图见图7：三发射荧光碳点溶液对al³⁺有最大的响应。

实施例7

实施例1制备的三发射荧光碳点作为al³⁺探针的灵敏度实验：

用ph＝7.2的0.01mol·l^-1的tris-hcl缓冲液和alcl3分别配制al³⁺浓度为0.5μmol·l^-1、1μmol·l^-1、2.5μmol·l^-1、5μmol·l^-1、7.5μmol·l^-1、10μmol·l^-1、12.5μmol·l^-1、17.5μmol·l^-1和22.5μmol·l^-1的水溶液，分别将0.81mg实施例1制备的三发射荧光碳点溶解到1ml上述含不同浓度al³⁺的水溶液中，固定激发波长为420nm，在20℃下进行荧光光谱检测。

三发射荧光碳点溶液随al³⁺浓度变化的荧光发射光谱图见图8，其中1～10分别是al³⁺浓度为0μmol·l^-1、0.5μmol·l^-1、1μmol·l^-1、2.5μmol·l^-1、5μmol·l^-1、7.5μmol·l^-1、10μmol·l^-1、12.5μmol·l^-1、17.5μmol·l^-1和22.5μmol·l^-1的溶有三发射荧光碳点的tris-hcl缓冲溶液的荧光发射光谱图；从图中可以看出随着铝离子浓度的增加，在570nm和606nm处的荧光强度逐渐降低，而在473nm处的荧光强度逐渐增加。

实施例8

实施例1制备的三发射荧光碳点与al³⁺的混合液(碳点浓度810mg·l^-1，al³⁺浓度为22.5μmol·l^-1)用于ppi探针的灵敏度实验：将不同质量的焦磷酸钠加入到三发射荧光碳点与al³⁺的混合液中，使ppi浓度分别为10μmol·l^-1、25μmol·l^-1、50μmol·l^-1、100μmol·l^-1、150μmol·l^-1、200μmol·l^-1、250μmol·l^-1、300μmol·l^-1、350μmol·l^-1和400μmol·l^-1，固定激发波长为420nm，在20℃下进行荧光光谱检测。

三发射荧光碳点与al³⁺的混合液随ppi浓度变化(1～11)的荧光发射光谱图见图9，其中1～11分别是ppi浓度为0μmol·l^-1、10μmol·l^-1、25μmol·l^-1、50μmol·l^-1、100μmol·l^-1、150μmol·l^-1、200μmol·l^-1、250μmol·l^-1、300μmol·l^-1、350μmol·l^-1和400μmol·l^-1时溶液的荧光发射光谱图；从图中可以看出随着ppi浓度的增加，在570nm和606nm处的荧光强度逐渐增强，而在473nm处的荧光强度逐渐降低。

实施例9

将实施例1制备的三发射荧光碳点溶液置于比色皿中，日光下三发射荧光碳点溶液为橘色(左)，加入al³⁺(浓度为22.5μmol·l^-1)后变为粉色(中)，再加入ppi(浓度为400μmol·l^-1)后，逐渐恢复为橘色(右)，如图10。

实施例10

实施例1制备的三发射荧光碳点用于标记人宫颈癌细胞hela细胞，见图11。激发波长为405nm，发射波长设置为425nm～525nm(通道1)，525nm～585nm(通道2)，和585nm～685nm(通道3)。图11a显示了三发射荧光碳点标记的细胞图，425nm～525nm处呈现暗蓝色荧光，525nm～585nm和585nm～685nm处分别呈现亮黄色荧光和亮橙色荧光。保持所有上述设置不变的情况下，在加入al³⁺后，425nm～525nm处的蓝色荧光明显变强，而525nm～585nm和585nm～685nm处的黄色荧光和橙色荧光同时显著变暗(如图11b)。继续加入ppi，425nm～525nm处的蓝色荧光变暗，而525nm～585nm和585nm～685nm处的黄色和橙色荧光同时显著增强(如图11c)。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除