一种海胆形碳基纳米材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及纳米材料制备及分析检测领域，具体涉及一种海胆形碳基纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术：

次氯酸根作为一类具有代表性的活性氧类物质，常参与多种生理和病理过程，能与胆固醇、蛋白质、dna、rna等生物分子发生反应。次氯酸根的异常水平易导致细胞损伤和组织破坏，最终引起一些不可逆的疾病。此外，次氯酸根由于抗感染能力，也常用于饮用水的预处理过程中，过高浓度的次氯酸根会与特定的有机物发生氧化反应，对人类健康不利。因此，开发高灵敏、高特异性的次氯酸根探针非常重要。

常见的仪器检测方法包括电化学法、电化学发光法、沉淀滴定法、比色法等，但这些方法存在一定的弊端，比如样品准备过程较繁琐、检测耗时长、选择性和灵敏度不够高等缺陷。荧光分析法实验步骤简单、易于操作、灵敏度高、因而得到广泛应用。

荧光碳基纳米材料是一种新型的材料，具有光稳定好、表面易于修饰、生物相容性较好等优势，作为荧光探针在生物分子检测、环境分析等领域得到了良好的应用。具有独特形貌的发光碳基材料对于提高检测方法的特异性有很大帮助。现有的次氯酸根荧光检测方法多基于荧光淬灭现象，因而会限制检测灵敏度。即现有次氯酸根荧光检测存在灵敏度低、特异性差、荧光探针制备工艺复杂等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种海胆形碳基纳米材料的制备方法。

具体技术方案如下：

一种海胆形碳基纳米材料的制备方法，包括以下步骤：按照质量比1～2:1，将尿酸和l-半胱氨酸加入乙醇水溶液中，搅拌至形成均匀的悬浮液，将所述悬浮液在160～240℃反应2～8h，冷却至室温，离心去除大颗粒，透析，收集所得溶液，干燥，即可制得所述海胆形碳基纳米材料。

优选地，所述乙醇水溶液由乙醇和水按照体积比1～2:1混合而成。

优选地，所述尿酸和l-半胱氨酸在乙醇水溶液中的浓度分别为10.71～13.40g/l、5.35～10.72g/l。

优选地，所述离心的转速为7000-15000r/min，离心的时间为10～30min。

优选地，所述透析采用的截留分子量为1000-3000da，透析的时间为10～15h。

优选地，所述干燥为50-60℃旋蒸干燥1～3h，或40-60℃真空干燥24h以上。

本发明的目的之二是提供一种海胆形碳基纳米材料。

具体技术方案如下：

一种海胆形碳基纳米材料，由上述制备方法制备得到。

本发明的目的之三是提供所述海胆形碳基纳米材料的应用。

具体技术方案如下：

上述海胆形碳基纳米材料应用于次氯酸根的检测。

优选地，上述应用的方法，包括以下步骤：先后向容器中加入所述海胆形碳基纳米材料或其水溶液、ph为5～9的磷酸缓冲液、不同浓度梯度的次氯酸根水溶液，用二次蒸馏水定容；将所得混合溶液涡旋2～5分钟，孵育10～15分钟，然后置于微量荧光比色皿中，以350nm为激发波长，激发、发射光栅设置为2nm，采集荧光发射波谱，建立最大发射峰处荧光强度与次氯酸根浓度的标准曲线，并采用该标准曲线实现对不同溶液次氯酸根的定量检测。

优选地，上述应用的方法，包括以下步骤：将所述海胆形碳基纳米材料配制成水溶液，然后均匀滴涂在层析纸上，40～60℃烘干，制得纸基检测芯片，用于次氯酸根的检测。

本发明具有以下有益结果：

(1)本发明采用一步溶剂热法制备海胆形碳基荧光纳米材料，制备方法简单，易于分离，收率高、纯度高，克服了现有次氯酸根探针分子存在的合成、纯化步骤冗长，产率低等缺点。

(2)由于该海胆形碳基纳米材料与次氯酸根会发生氧化反应，抑制分子内电荷转移过程，导致了发射波长紫移和荧光增强的现象，克服了现有荧光淬灭型次氯酸根探针的灵敏度低的问题。其检测线性范围为0.1-200μm，检测限为30nm。

(3)所制备的海胆形碳基纳米材料对次氯酸根有较高的选择性，不受其他常见物质的干扰。

(4)相比于其他发光碳基材料，所制备的海胆形碳基纳米材料显示了更优的光稳定性，制作成固态的纸基检测芯片后，能够很便捷地用于次氯酸根的定性分析。

附图说明

图1为实施例1所制备的海胆形碳基纳米材料透射电镜图。

图2为实施例2所制备的海胆形碳基纳米材料在不同激发波长下的荧光发射波长。

图3为实施例3所制备的海胆形碳基纳米材料对不同浓度次氯酸根的荧光响应光谱；右上角插图为365nm紫外光下，荧光颜色变化。

图4为实施例3中荧光强度比值i401nm/i436nm与次氯酸根浓度的线性关系。

图5为实施例4所制得的海胆形碳基纳米材料的选择性识别检测图。

图6为实施例4所构建的基于海胆形碳基纳米材料的纸基检测芯片对次氯酸根的定性检测图，图6a和图6b分别为加入次氯酸根前后，纸基检测芯片中的荧光发射图。

具体实施方式

实施例1

将0.15g的尿酸和0.15g的l-半胱氨酸，加入7ml乙醇与7ml水的混合溶液中，用玻璃棒搅拌约15分钟，形成均匀的悬浮液。将所得的悬浮液转移至25ml的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，185℃反应4.5小时。反应后冷却至室温，10000r/min离心15分钟，去除大颗粒。再以截留分子量1000da的透析袋，透析12小时，收集所得溶液，50℃旋蒸2小时，得到海胆形碳基纳米材料。

取部分该海胆形碳基纳米材料，配制成1.5mg/ml的水溶液(即海胆形碳基纳米材料水溶液)，置于4℃冰箱保存。

对海胆形碳基纳米材料水溶液用tem进行测试，图1为所制备的碳基纳米材料的透射电镜图片。从图1中可以看出荧光碳基纳米材料呈海胆状，尺寸大小约为585nm。

实施例2

将0.15g的尿酸和0.075g的l-半胱氨酸，加入7ml乙醇与7ml水的混合溶液中，用玻璃棒搅拌约15分钟，形成均匀的悬浮液。将所得的悬浮液转移至25ml的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，200℃反应5小时。反应后冷却至室温，10000r/min离心15分钟，去除大颗粒。再以截留分子量1000da的透析袋，透析12小时，收集所得溶液，60℃旋蒸80分钟，得到海胆形碳基纳米材料。

取部分该海胆形碳基纳米材料，配制成1.5mg/ml的水溶液(即海胆形碳基纳米材料水溶液)，置于4℃冰箱保存。

用该海胆形碳基纳米材料水溶液进行性能测试，图2为水溶液中的碳基纳米材料在激发波长为280nm、300nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、400nm、420nm、440nm时的发射光谱，发射波长位置会随着激发波长的改变而变化，从该图可以看出，最佳激发波长在350nm处。

实施例3

将0.6g的尿酸和0.6g的l-半胱氨酸，加入28ml乙醇与28ml水的混合溶液中，用玻璃棒搅拌约15分钟，形成均匀的悬浮液。将所得的悬浮液转移至100ml的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，200℃反应5小时。反应后冷却至室温，10000r/min离心15分钟，去除大颗粒。再以截留分子量1000da的透析袋，透析12小时，收集所得溶液，60℃旋蒸80分钟，得到海胆形碳基纳米材料。

取部分该海胆形碳基纳米材料，配制成1.5mg/ml的水溶液(即海胆形碳基纳米材料水溶液)，置于4℃冰箱保存。

将10μl海胆形碳基纳米材料水溶液置于2ml的离心管中，加入50μl磷酸缓冲液(ph为7.0)，然后加入不同浓度梯度的次氯酸根水溶液，用二次蒸馏水定容至500μl；将混合溶液涡旋2～5分钟，孵育10分钟；置于700μl微量荧光比色皿中，以350nm为激发波长，激发、发射光栅设置为2nm，采集荧光发射波谱；通过所测定的荧光发射波谱，建立最大发射峰处荧光强度与次氯酸根浓度的标准曲线，实现对次氯酸根的定量检测。

图3为以制备的海胆形碳基纳米材料检测不同浓度次氯酸钠时，荧光发射随次氯酸根浓度的变化，从图3右上角的插图中可以看出，加入次氯酸根后，365nm紫外灯下，溶液由原先的蓝色变为紫色，荧光强度逐渐增强，荧光发射峰位置由436nm蓝移至401nm。

图4为实施例3中荧光强度比值i401nm/i436nm与次氯酸根浓度的线性关系，由此可以得到，该检测方法的线性范围为0.1～200μm，检测限为30nm。

实施例4

将0.75g的尿酸和0.45g的l-半胱氨酸，加入28ml乙醇与28ml水的混合溶液中，用玻璃棒搅拌约15分钟，形成均匀的悬浮液。将所得的悬浮液转移至100ml的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，200℃反应8小时。反应后冷却至室温，10000r/min离心15分钟，去除大颗粒。再以截留分子量1000da的透析袋，透析12小时，收集所得溶液，45℃真空干燥48小时，得到海胆形碳基纳米材料。

取部分该海胆形碳基纳米材料，配制成1.5mg/ml的水溶液(即海胆形碳基纳米材料水溶液)，置于4℃冰箱保存。

将50μl海胆形碳基纳米材料水溶液置于2ml的离心管中，加入50μl不同ph为7.0的磷酸缓冲液，然后加入不同物质水溶液(cuso4、znso4、pbso4、nicl2、mnso4、cocl2、hg(no3)2+edta、ki、nabr、nacl、naf、nano3、nano2、na2so4、na3po4、na2hpo4、na2co3、h2o2、naclo)，用二次蒸馏水定容至500μl；转移至700μl荧光比色皿中，以350nm为激发波长，激发、发射光栅设置为2nm，采集荧光发射波谱。图5为所制得的海胆形碳基纳米材料的选择性识别检测图，从图中可以看出海胆形碳基纳米材料只对次氯酸根有荧光响应。

将200μl的海胆形碳基纳米材料水溶液均匀地滴涂在层析纸上，置于烘箱中，40～60℃烘干，制得纸基检测芯片。图6为该纸基检测芯片对次氯酸根的定性检测图，从图6中可以看到，加入次氯酸根后，该纸基检测芯片由蓝色荧光(图6a)变为紫色荧光(图6b)，证实了吸附在纸纤维上的固相海胆形碳基纳米材料仍具有定性检测能力。

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