的有機硅包裹的碳量子點熒光探針及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于檢測領域，涉及一種檢測Cu2+的有機硅包裹的碳量子點熒光探針及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] Cu2+是生物體系中各種生化過程所需的一種必要微量元素，然而，過量的Cu 2+會導 致中樞神經紊亂并且引發神經變性類的疾病，如阿耳茨海默氏病。國家研究委員會建議日 常銅離子的攝入量分別為：成年人每日在1. 5至3. Omg，兒童每日在1. 5至2. 5mg，嬰兒每 日在 0?4至 0?6mg(Analytical chemistry,2010, 82:3671-8)。另一方面，地面或者地表水 中的 Cu2+正常范圍在0? 005-30ppm(Nanotechnology,2012, 23:305502)。近些年，Cu2+對環 境造成的影響越來越受到了環境學家以及全世界政府的高度重視，例如，Cu 2+被美國環境保 護署（EPA)列為優先污染物。因此，迫切需要建立一種靈敏度高、快速有效的檢測Cu2+的方 法。
[0003] 目前已經被實際應用的幾種檢測Cu2+的方法有：比色法、電化學法、滴定法、熒光 測定法和生物酶測定法等。上述方法中熒光測定法具有操作簡便，對目標分析物無需前處 理，同時在對動物、組織以及細胞等活體樣品檢測過程中具有高的靈敏度和選擇性，這使得 熒光測定法在活體檢測應用方面具有巨大潛力。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種檢測Cu2+的有機硅包裹的碳量子點熒光探針及其制備 方法。
[0005] 本發明提供的熒光探針，為由復合材料和溶劑組成的分散體系；
[0006] 其中，所述復合材料由內層和包裹所述內層的外層組成；
[0007] 所述內層為碳量子點；
[0008] 所述外層為由式I所示化合物構成的膜：
[0009]
[0010] 所述式 I 中，n 為 100-10000,具體為 500-5000 ;
[0011] 所述溶劑為緩沖溶液。
[0012] 上述焚光探針中，所述外層的厚度為0? 5nm-3nm，具體為1. Onm-2. 5nm，更具體 為 0? 2_lnm、0. 3-1. 4nm、0. 4-1. 6nm、0. 6-1. 8nm、0. 7-2. 0nm、0. 8-2. 3nm、0. 85-2. 4nm 或 0. 9-2. 5nm ；
[0013] 所述碳量子點的粒徑為lnm-5nm，具體為1. lnm-2. 9nm ;
[0014] 所述復合材料的粒徑為lnm-10nm，具體為2. 2nm_4. 7nm，更具體可為1. 5-3. 95、 1. 6-4. 05、1. 8-4. 25、2. 0-4. 35、2. 1-4. 55、2. 1-4. 6、2. 1-4. 65 或 2. 2-4. 75nm。
[0015] 所述緩沖溶液為PB緩沖溶液；
[0016] 所述緩沖溶液的pH值為7. 0-8. 0,具體為7. 4 ;濃度為lOmmol ? L MOOmmol ? L \ 具體為 50mmol ? L :〇
[0017] 上述熒光探針可按照下述本發明提供的方法制備而得。
[0018] 本發明提供的制備上述熒光探針的方法，包括如下步驟：
[0019] 1)將含APTES的緩沖溶液進行水解縮合，得到所述外層的水溶液，記為體系I ;
[0020] 2)將體系II與步驟1)所得體系I混合，攪拌，得到所述熒光探針；
[0021] 其中，所述體系II由碳量子點和緩沖溶液組成。
[0022] 上述方法的步驟1)中，含APTES的緩沖溶液中，緩沖溶液為PB緩沖溶液；APTES的 質量百分濃度為〇. 32-3. 2%，具體可為0. 32%、0. 35%、2. 5%或3. 2% ;
[0023] 所述水解縮合步驟中，溫度為25-30°C，時間為12h_24h ;
[0024] 所述步驟2)體系II中，碳量子點的濃度為0. lmg . mL i-SOmg . mL \具體為 0?267、0.268、0.269、0. 270、0. 272、0. 274、0. 276、0. 4、0. 414、0. 9、0. 931、44. 5mg . mL S
[0025] 所述攪拌步驟中，轉速為50-1200轉/分鐘，具體為250轉/分鐘；時間為lh-24h， 具體為24h ;
[0026] 所述緩沖溶液為PB緩沖溶液；
[0027] 所述體系I和體系II的體積比為1 :1000-20,具體為3. 3 :996. 7、6. 7 :993. 3、 1. 33 :98. 67、2. 0 :98、2. 67 :97. 33、3. 33 :96. 67。
[0028] 所述步驟2)中，碳量子點可按照各種常規方法制備而得，如可按照包括如下步驟 的方法制得：
[0029] 將檸檬酸粉末置于加熱套中加熱至粉末融化為無色液體，停止加熱，待所述無色 液體變為酒紅色液體后，與去離子水混合，離心，烘干，得到所述碳量子點。
[0030] 上述制備碳量子點的方法中，于加熱套中加熱步驟中，溫度為180_250°C，具體為 230°C ;時間為 5min-25min，具體為 20min ;
[0031] 所述離心步驟中，轉速為3000-20000轉/分鐘，具體為8000轉/分鐘；時間為 5-30分鐘，具體為10分鐘；
[0032] 所述烘干步驟中，溫度為30-250°C，具體為100°C ;時間為lh-24h，具體為10h。
[0033] 另外，上述本發明提供的熒光探針在檢測Cu2+含量中的應用，也屬于本發明的保 護范圍，具體可為采用熒光光譜分析法根據探針記錄的響應強度計算出待測溶液中Cu 2+的 濃度，從而計算得到Cu2+的含量。所述Cu 2+具體可為來源于含有Cu 2+的水溶液。
[0034] 所述檢測步驟中，所用標準曲線的橫坐標為log([Cu2+]，縱坐標為F1/F0,對應的 擬合方程為 F1/R) = 0? 998-0. lll*log([Cu2+]);
[0035] 其中，F0為未加入Cu2+的熒光探針在激發波長為365nm條件下的熒光強度；
[0036] F1為加入Cu2+后焚光探針在激發波長為365nm條件下的焚光強度；
[0037] [Cu2+]為Cu2+水溶液中Cu 2+的濃度。
[0038] 所述[Cu2+]的檢測限為 0? 3X 10 6mol ? L S
[0039] 線性范圍為 8. 33X 10 7~8. 33X 10 4mol ? L 工。
[0040] 在實際應用中，可將上述本發明提供的熒光探針滴加到比色皿中，以方便檢測。
[0041] 所述滴加步驟中，滴加量為1. 0-4. OmL，具體為1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3、3. 5或4. OmL。 本發明將羧基功能化的水溶性熒光碳量子點與APTES復合制得了 APTES硅殼包裹的碳量子 點功能化熒光復合材料，通過調配碳量子點質量濃度和APTES在混合體系中的體積比，得 到了一種最優化的APTES硅殼包裹的碳量子點功能化熒光復合材料，即最優化熒光探針。 該熒光探針保持了碳量子點和APTES優異的物理和化學性能，同時對Cu 2+的熒光淬滅信號 得到增強。碳量子點和APTES的協同作用使得所制得的檢測Cu2+的熒光探針具有靈敏度 高、選擇性強等特點，并可實現可視化檢測和基于丁達爾效應的檢測。該熒光探針被成功地 應用于鼠腦腦透析中Cu 2+的測定。
[0042] 單一碳量子點或式I的水溶液對Cu2+檢測并不明顯。而本發明通過整合碳量子點 與APTES的對銅離子識別的特性，經過調節碳點的質量濃度與APTES的體積比，制備得到銅 離子檢測效果最優的熒光探針，同時本發明制作的熒光探針的設計方法簡單，得到的熒光 探針具有可靠性高，檢測限低，重現性好，響應速度快的優點。
[0043] 本發明具有的優勢在于：
[0044] 1)在堿性條件下，檸檬酸熱解得到的碳量子點表面修飾了大量的羧酸跟離子，提 供了大量的親和位點；
[0045] 2) APTES自組裝膜表面修飾有大量的氨基，為銅離子的識別提供了大量位點；
[0046] 3)將碳量子點和APTES液體以一定比例進行調配，可以使得APTES硅殼包裹的碳 量子點復合材料的水分散體系對Cu 2+的檢測具備更強的抗干擾性和靈敏度。
[0047] 4)該熒光探針制備簡便，抗干擾能力強，檢測靈敏度較高，檢測低限達 0. 3 ymol ? L\可用于實際樣品中Cu2+測定，穩定性好。
【附圖說明】
[0048] 圖1為碳膜基底上不同材料的TEM圖及HRTEM圖、365nm波長紫外線下的照片和粒 徑分布圖，其中，圖a對應材料a的TEM圖，其中插圖對應材料a的HRTEM圖（左）和365nm 波長紫外線下的照片（右）；圖b對應材料b，其中插圖對應材料b的HRTEM圖（左）和365nm 波長紫外線下的照片（右）；圖c對應材料c，其中插圖為365nm波長紫外線下的照片；圖d 對應材料a的粒徑分布圖；圖e對應材料c的粒徑分布圖；圖f對應材料b的HRTCM圖；
[0049] 圖2是不同的熒光探針對不同離子的熒光強度響應對比圖。圖2A曲線為 0. 33%APTES-0. 267mg . mL1⑶s熒光探針的對不同離子的響應對比圖；圖2B曲線為 0. 66%APTES-0. 267mg . mL1⑶s熒光探針的對不同離子的響應對比圖；圖2C曲線為 1. 33% APTES-0. 267mg . mL 1⑶s熒光探針的對不同