CN104560035A - 一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用。本发明以柑橘皮为原料，建立了一步合成高荧光量子效率碳量子点的简易合成方法。该方法包括下述步骤：将柑橘皮与水混合搅拌；再将混合液与浓硫酸混合搅拌；再用NaOH调节pH，离心去除未溶解的残渣；再将二氯甲烷加入离心后的上清液，离心去除无荧光的脂溶性物质；最后将离心后的上清液过膜，制得荧光标记材料。本方法在合成过程中，无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，反应条件温和，操作简便，成本很低，一般实验室均可进行，合成的荧光标记材料为下一步应用于生物标记、重金属分析、抗体标记、细胞染色等工作奠定了基础。

Description

一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，尤其涉及一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用。

背景技术

荧光碳点作为碳纳米家族中的新成员，是一种分散的、尺寸小于10nm的类球形的纳米颗粒，具有激发波长和发射波长可调谐、荧光稳定且无光闪烁现象等优异的荧光性能。相对于传统的半导体量子点、稀土荧光标记材料和有机荧光染料染料，具有粒径和分子量小、生物毒性低、生物相容性好等优点，而且发光范围可调、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化等优势，在细胞成像、生化分析等领域有很大的应用前景，近年来发展较快。

碳量子点的碳源从最初的碳纳米管、石墨、炭黑、蜡烛灰、天然气烟灰、柠檬酸盐等含有碳有机化学试剂，逐渐到活性炭、糖类、淀粉、维C、碳纤维，再到现在木炭灰、花生皮、西瓜皮和咖啡渣等废品都可以简单合成各种可见光的碳量子点。

CN 104030269A公开了一种制备红色碳量子点的方法，该方法以甘蔗渣作为碳源，将甘蔗渣与磷酸和硫酸的混合溶液加热，再过滤洗涤得到红色碳量子点。该方法使用一种生物废弃资源，有效地实现资源再利用。CN 103911149A公开了一种基于离子液体的碳氮量子点的制备方法及其作为荧光标记材料在药物检测中的应用。该方法是将离子液体和蒸馏水混合均匀后，放入微波炉和马弗炉进行加热反应，得到水溶性的碳氮量子点，再以制备得到的量子点作为荧光标记材料，测定药物的含量。该方法合成简单，但是需要马弗炉、微波炉等设备进行高温高压反应，以及难以制备的离子液体作为助剂。

荧光碳量子点作为新型荧光碳纳米材料，不仅具有优异的光学性能及小尺寸特性等优点，还是环境友好型新材料，虽然在制备方面也取得了一定进展，但是如何用简便、经济的方法制备出性能更优异的碳点还需进一步的研究。

发明内容

本发明提供了一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法和应用，所述方法在合成过程中，无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，仅需水浴锅等常规仪器设备，即可制得。

第一方面，本发明提供了一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将柑橘皮与水按比例混合；

(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，搅拌均匀，直至柑橘皮碳化，溶液变色；

(3)调节pH，再离心去除未溶解的残渣；

(4)将二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再离心去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过膜，制得荧光标记材料。

所述的柑橘皮为新鲜的柑橘皮，例如可以选自橘皮、橙皮或柚皮，优选为橙皮或柚皮。

优选地，步骤(1)所述的柑橘皮与水按质量体积比(g:mL)为1：(10-40)进行混合，例如可以是1：10、1：12、1：15、1：18、1：20、1：22、1：25、1：28、1：30、1：32、1：35、1：38或1：40，优选为1：(15-30)，进一步优选为1：20。

优选地，浓硫酸为质量分数大于等于98％的硫酸。

优选地，步骤(2)所述的混合液与浓硫酸按体积比为(10-2)：1进行混合，例如可以是10：1、5：1、10：3、5：2或2：1，优选为10：3。

优选地，步骤(2)所述搅拌的时间为3-10min，例如可以是3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min，优选为4-8min，进一步优选为5min。

优选地，步骤(3)所述的调节pH到5.5-8.5，例如可以是5.5、6、6.5、7、7.5、8或8.5，优选为6-8。

优选地，步骤(4)所述二氯甲烷的加入量为1-8mL，例如可以是1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL或8mL，优选为2-5mL，进一步优选为3mL。

优选地，步骤(3)和(4)所述离心的转速为4000-8000r/min，例如可以是4000r/min、4500r/min、5000r/min、5500r/min、6000r/min、6500r/min、7000r/min、7500r/min或8000r/min，优选为4500-6000r/min，进一步优选为5000r/min。

优选地，步骤(3)和(4)所述离心的时间为3-10min，例如可以是3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min，优选为4-8min，进一步优选为5min。

优选地，步骤(5)所述的滤膜的孔径为0.1-1.2μm，例如可以是0.1μm、0.22μm、0.45μm、0.65μm或1.2μm，优选为0.45μm。

本发明提供了一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将新鲜剪碎的柑橘皮与水按质量体积比1：20g/mL混合；

(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，混合液与浓硫酸的体积比为10：3，搅拌5min，直至柑橘皮碳化，溶液变色；

(3)加入NaOH，调节pH至7，在5000r/min离心5min，去除未溶解的残渣；

(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，在5000r/min离心5min，去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的膜，制得荧光标记材料。

第二方面，本发明还提供了一种如本发明第一方面所述的方法制备的碳量子点荧光标记材料。

第三方面，本发明还提供了如本发明第二方面所述的碳量子点荧光标记材料在生物标记和生物成像方面的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明用柑橘皮作为碳源来制备碳量子点荧光标记材料，原料廉价易得，来源丰富，有利于废弃资源的充分再利用；

(2)本发明的碳量子点荧光标记材料的制备方法设备简单，合成过程无需等离子体发射器、水热反应釜或马弗炉等装备进行高温、高压反应，反应条件温和在常温下进行，反应时间短，操作简单，成本低廉，毒性小；

(3)本发明的碳量子点荧光标记材料作为荧光标记物广泛用于生物标记和生物成像

附图说明

图1是本发明具体实施例1的透射电镜照片。

图2是本发明具体实施例1中的以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光光谱特征图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。

实施例1

一种以柚皮为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：

(1)取新鲜剪碎的柚皮0.5g加入10ml水中，搅拌约5min；

(2)向步骤(1)中加入浓H₂SO₄溶液3mL，搅拌约5min，直至柚皮碳化，溶液变色；

(3)加入NaOH溶液，调节pH至7，再在转速5000r/min离心5min去除未溶解的残渣；

(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速5000r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的滤膜，制得荧光标记材料。

从图1可以看出制备的柚皮为碳源的碳量子点荧光标记材料为类球状，单分散性好，没有聚集，粒径在50nm左右；从图2可以看出所制得的以柚皮为碳源的碳量子点荧光标记材料，最大激发波长422nm，最大发射波长504nm，能有效的作为荧光标记材料。

实施例2

一种以柚皮为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：

(1)取新鲜剪碎的柚皮0.7g加入10ml水中，搅拌约5min；

(2)向步骤(1)中加入浓H₂SO₄溶液3mL，搅拌约5min，直至柚皮碳化，溶液变色；

(3)加入NaOH溶液，调节pH至7.5，再在转速5500r/min离心5min去除未溶解的残渣；

(4)将1mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速5500r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过0.1μm的滤膜，制得荧光标记材料。

实施例3

一种以柚皮为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：

(1)取新鲜剪碎的柚皮0.3g加入10ml水中，搅拌约3min；

(2)向步骤(1)中加入浓H₂SO₄溶液3mL，搅拌约5min，直至柚皮碳化，溶液变色；

(3)加入NaOH溶液，调节pH至7，再在转速6000r/min离心5min去除未溶解的残渣；

(4)将5mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速6000r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过0.22μm的滤膜，制得荧光标记材料。

实施例4

一种以橙皮为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：

(1)取新鲜剪碎的橙皮0.5g加入10ml水中，搅拌约5min；

(2)向步骤(1)中加入浓H₂SO₄溶液1mL，搅拌约3min，直至橙皮碳化，溶液变色；

(3)加入5M NaOH溶液，调节pH至7，再在转速8000r/min离心3min去除未溶解的残渣；

(4)将8mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速8000r/min离心5min去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过1.2μm的滤膜，制得荧光标记材料。

实施例5

一种以甜橙为碳源的碳量子点荧光标记材料制备方法，包括以下步骤：

(1)取新鲜剪碎的橙皮0.5g加入10ml水中，搅拌约5min；

(2)向步骤(1)中加入浓H₂SO₄溶液5mL，搅拌约8min，直至橙皮碳化，溶液变色；

(3)加入NaOH溶液，调节pH至7.2，再在转速4000r/min离心6min去除未溶解的残渣；

(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，再在转速4000r/min离心6min去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的滤膜，制得荧光标记材料。

实施例1-4制作的碳量子点荧光标记材料及荧光效果与实施例1类似。

综合实施例1-5，可以看出：

实施例1-5重复性好，表明制作出来的标记材料稳定性高。本方法在合成过程中，无需复杂设备，反应条件温和，操作简便，采用简单廉价的柑橘皮作为原料，成本很低，一般实验室均可进行，合成的荧光标记材料为下一步应用于生物标记、重金属分析、抗体标记、细胞染色等工作奠定了基础。。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种以柑橘皮为碳源的碳量子点荧光标记材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将柑橘皮与水按比例混合；

(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，搅拌均匀直至柑橘皮碳化，溶液变色；

(3)调节pH，再离心去除未溶解的残渣；

(4)将二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，离心去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过膜，制得荧光标记材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的柑橘皮与水按质量体积比g/mL为1：(10-40)进行混合，优选为1：(15-30)，进一步优选为1：20。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的混合液与浓硫酸按体积比为(10-2)：1进行混合，优选为10：3；

优选地，步骤(2)所述搅拌的时间为3-10min，优选为4-8min，进一步优选为5min。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的调节pH到5.5-8.5，优选为6-8；进一步优选为7。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述二氯甲烷的加入量为1-8mL，优选为2-5mL，进一步优选为3mL。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)所述离心的转速为4000-8000r/min，优选为4500-6000r/min，进一步优选为5000r/min；

优选地，步骤(3)和(4)所述离心的时间为3-10min，优选为4-8min，进一步优选为5min。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述的滤膜的孔径为0.1-1.2μm，优选为0.45μm。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将新鲜剪碎的柑橘皮与水按质量体积比1：20g/mL混合；

(2)向步骤(1)的混合液中加入浓硫酸，混合液与浓硫酸的体积比为10：3，搅拌5min，直至柑橘皮碳化，溶液变色；

(3)加入NaOH，调节pH至7，在5000r/min离心5min，去除未溶解的残渣；

(4)将3mL的二氯甲烷加入步骤(3)的上清液，在5000r/min离心5min，去除无荧光的脂溶性物质；

(5)将步骤(4)的上清液过0.45μm的膜，制得荧光标记材料。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法制备的碳量子点荧光标记材料。

10.根据权利要求9所述的碳量子点荧光标记材料在生物标记和生物成像方面的应用。