的有机硅包裹的碳量子点荧光探针及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于检测领域，涉及一种检测Cu2+的有机硅包裹的碳量子点荧光探针及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] Cu2+是生物体系中各种生化过程所需的一种必要微量元素，然而，过量的Cu 2+会导 致中枢神经紊乱并且引发神经变性类的疾病，如阿耳茨海默氏病。国家研究委员会建议日 常铜离子的摄入量分别为：成年人每日在1. 5至3. Omg，儿童每日在1. 5至2. 5mg，婴儿每 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+正常范围在0? 005-30ppm(Nanotechnology,2012, 23:305502)。近些年，Cu2+对环 境造成的影响越来越受到了环境学家以及全世界政府的高度重视，例如，Cu 2+被美国环境保 护署（EPA)列为优先污染物。因此，迫切需要建立一种灵敏度高、快速有效的检测Cu2+的方 法。
[0003] 目前已经被实际应用的几种检测Cu2+的方法有：比色法、电化学法、滴定法、荧光 测定法和生物酶测定法等。上述方法中荧光测定法具有操作简便，对目标分析物无需前处 理，同时在对动物、组织以及细胞等活体样品检测过程中具有高的灵敏度和选择性，这使得 荧光测定法在活体检测应用方面具有巨大潜力。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种检测Cu2+的有机硅包裹的碳量子点荧光探针及其制备 方法。
[0005] 本发明提供的荧光探针，为由复合材料和溶剂组成的分散体系；
[0006] 其中，所述复合材料由内层和包裹所述内层的外层组成；
[0007] 所述内层为碳量子点；
[0008] 所述外层为由式I所示化合物构成的膜：
[0009]
[0010] 所述式 I 中，n 为 100-10000,具体为 500-5000 ;
[0011] 所述溶剂为缓冲溶液。
[0012] 上述焚光探针中，所述外层的厚度为0? 5nm-3nm，具体为1. Onm-2. 5nm，更具体 为 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] 所述碳量子点的粒径为lnm-5nm，具体为1. lnm-2. 9nm ;
[0014] 所述复合材料的粒径为lnm-10nm，具体为2. 2nm_4. 7nm，更具体可为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] 所述缓冲溶液为PB缓冲溶液；
[0016] 所述缓冲溶液的pH值为7. 0-8. 0,具体为7. 4 ;浓度为lOmmol ? L MOOmmol ? L \ 具体为 50mmol ? L :〇
[0017] 上述荧光探针可按照下述本发明提供的方法制备而得。
[0018] 本发明提供的制备上述荧光探针的方法，包括如下步骤：
[0019] 1)将含APTES的缓冲溶液进行水解缩合，得到所述外层的水溶液，记为体系I ;
[0020] 2)将体系II与步骤1)所得体系I混合，搅拌，得到所述荧光探针；
[0021] 其中，所述体系II由碳量子点和缓冲溶液组成。
[0022] 上述方法的步骤1)中，含APTES的缓冲溶液中，缓冲溶液为PB缓冲溶液；APTES的 质量百分浓度为〇. 32-3. 2%，具体可为0. 32%、0. 35%、2. 5%或3. 2% ;
[0023] 所述水解缩合步骤中，温度为25-30°C，时间为12h_24h ;
[0024] 所述步骤2)体系II中，碳量子点的浓度为0. lmg . mL i-SOmg . mL \具体为 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] 所述搅拌步骤中，转速为50-1200转/分钟，具体为250转/分钟；时间为lh-24h， 具体为24h ;
[0026] 所述缓冲溶液为PB缓冲溶液；
[0027] 所述体系I和体系II的体积比为1 :1000-20,具体为3. 3 :996. 7、6. 7 :993. 3、 1. 33 :98. 67、2. 0 :98、2. 67 :97. 33、3. 33 :96. 67。
[0028] 所述步骤2)中，碳量子点可按照各种常规方法制备而得，如可按照包括如下步骤 的方法制得：
[0029] 将柠檬酸粉末置于加热套中加热至粉末融化为无色液体，停止加热，待所述无色 液体变为酒红色液体后，与去离子水混合，离心，烘干，得到所述碳量子点。
[0030] 上述制备碳量子点的方法中，于加热套中加热步骤中，温度为180_250°C，具体为 230°C ;时间为 5min-25min，具体为 20min ;
[0031] 所述离心步骤中，转速为3000-20000转/分钟，具体为8000转/分钟；时间为 5-30分钟，具体为10分钟；
[0032] 所述烘干步骤中，温度为30-250°C，具体为100°C ;时间为lh-24h，具体为10h。
[0033] 另外，上述本发明提供的荧光探针在检测Cu2+含量中的应用，也属于本发明的保 护范围，具体可为采用荧光光谱分析法根据探针记录的响应强度计算出待测溶液中Cu 2+的 浓度，从而计算得到Cu2+的含量。所述Cu 2+具体可为来源于含有Cu 2+的水溶液。
[0034] 所述检测步骤中，所用标准曲线的横坐标为log([Cu2+]，纵坐标为F1/F0,对应的 拟合方程为 F1/R) = 0? 998-0. lll*log([Cu2+]);
[0035] 其中，F0为未加入Cu2+的荧光探针在激发波长为365nm条件下的荧光强度；
[0036] F1为加入Cu2+后焚光探针在激发波长为365nm条件下的焚光强度；
[0037] [Cu2+]为Cu2+水溶液中Cu 2+的浓度。
[0038] 所述[Cu2+]的检测限为 0? 3X 10 6mol ? L S
[0039] 线性范围为 8. 33X 10 7~8. 33X 10 4mol ? L 工。
[0040] 在实际应用中，可将上述本发明提供的荧光探针滴加到比色皿中，以方便检测。
[0041] 所述滴加步骤中，滴加量为1. 0-4. OmL，具体为1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3、3. 5或4. OmL。 本发明将羧基功能化的水溶性荧光碳量子点与APTES复合制得了 APTES硅壳包裹的碳量子 点功能化荧光复合材料，通过调配碳量子点质量浓度和APTES在混合体系中的体积比，得 到了一种最优化的APTES硅壳包裹的碳量子点功能化荧光复合材料，即最优化荧光探针。 该荧光探针保持了碳量子点和APTES优异的物理和化学性能，同时对Cu 2+的荧光淬灭信号 得到增强。碳量子点和APTES的协同作用使得所制得的检测Cu2+的荧光探针具有灵敏度 高、选择性强等特点，并可实现可视化检测和基于丁达尔效应的检测。该荧光探针被成功地 应用于鼠脑脑透析中Cu 2+的测定。
[0042] 单一碳量子点或式I的水溶液对Cu2+检测并不明显。而本发明通过整合碳量子点 与APTES的对铜离子识别的特性，经过调节碳点的质量浓度与APTES的体积比，制备得到铜 离子检测效果最优的荧光探针，同时本发明制作的荧光探针的设计方法简单，得到的荧光 探针具有可靠性高，检测限低，重现性好，响应速度快的优点。
[0043] 本发明具有的优势在于：
[0044] 1)在碱性条件下，柠檬酸热解得到的碳量子点表面修饰了大量的羧酸跟离子，提 供了大量的亲和位点；
[0045] 2) APTES自组装膜表面修饰有大量的氨基，为铜离子的识别提供了大量位点；
[0046] 3)将碳量子点和APTES液体以一定比例进行调配，可以使得APTES硅壳包裹的碳 量子点复合材料的水分散体系对Cu 2+的检测具备更强的抗干扰性和灵敏度。
[0047] 4)该荧光探针制备简便，抗干扰能力强，检测灵敏度较高，检测低限达 0. 3 ymol ? L\可用于实际样品中Cu2+测定，稳定性好。
【附图说明】
[0048] 图1为碳膜基底上不同材料的TEM图及HRTEM图、365nm波长紫外线下的照片和粒 径分布图，其中，图a对应材料a的TEM图，其中插图对应材料a的HRTEM图（左）和365nm 波长紫外线下的照片（右）；图b对应材料b，其中插图对应材料b的HRTEM图（左）和365nm 波长紫外线下的照片（右）；图c对应材料c，其中插图为365nm波长紫外线下的照片；图d 对应材料a的粒径分布图；图e对应材料c的粒径分布图；图f对应材料b的HRTCM图；
[0049] 图2是不同的荧光探针对不同离子的荧光强度响应对比图。图2A曲线为 0. 33%APTES-0. 267mg . mL1⑶s荧光探针的对不同离子的响应对比图；图2B曲线为 0. 66%APTES-0. 267mg . mL1⑶s荧光探针的对不同离子的响应对比图；图2C曲线为 1. 33% APTES-0. 267mg . mL 1⑶s荧光探针的对不同