本發(fā)明屬于熒光材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，熒光碳納米材料因其具有良好的光學(xué)特性和細(xì)胞低毒性引起了科研工作者們的廣泛研究。它具有較好的光穩(wěn)定性，且無毒副離子的存在，適用于長時間的檢測和示蹤的實驗，在生物標(biāo)記和分析檢測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。碳量子點(CQDs)呈現(xiàn)出的親水性、低細(xì)胞毒性、化學(xué)及光穩(wěn)定性等優(yōu)異性質(zhì)，使其在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、傳感學(xué)及光電子學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。

碳量子點的制備方法目前主要有兩種：自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即從較大的碳結(jié)構(gòu)剝落制備碳納米顆粒的物理方法，再通過聚合物表面鈍化的方式使其有效發(fā)光，主要包括電弧放電、激光剝蝕、電化學(xué)氧化、電子書輻射等。該方法往往需要嚴(yán)格的實驗條件和特殊的能源，成本高，而且獲得的碳量子產(chǎn)率比較低。自下而上的合成方法，即通過熱解或碳化合適的前驅(qū)物直接合成熒光碳量子點，方法包括：燃燒法、熱液碳化法、超聲法等，但這類方法所采用的往往都是不可再生能源且需要嚴(yán)格的后期處理，所以也不利于持續(xù)并規(guī)模生產(chǎn)熒光碳量子點。因此，尋找廉價易得、天然無毒的原料，利用簡易有效的方法快速制備異性優(yōu)異且高量子產(chǎn)率的碳量子點顯得尤其重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，包括以下步驟：

1)劍麻前處理；

2)按體積比2～5:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理包括：洗滌、粉碎、浸泡。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟2)中體積比為5:1。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述水溶性碳量子點應(yīng)用于細(xì)胞標(biāo)記、熒光探針、防偽標(biāo)記以及免疫層析產(chǎn)品領(lǐng)域。

優(yōu)選的是，所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理具體為：將劍麻粉碎，按重量比1:1混合劍麻與磁化水，于氮氣氛圍下55℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述劍麻重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過濾，得濾渣；再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過程往爐中通入氮氣直至濾渣冷卻，以保證灼燒過程和冷卻過程爐中均為氮氣氛圍，即得經(jīng)前處理的劍麻。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1.本發(fā)明直接采用微波法進(jìn)行水溶性碳量子點的制備，碳源豐富、廉價，有利于對廢棄物的回收再利用，制備過程簡易，制備全過程無污染、無毒、綠色環(huán)保，可大量制備。

2.本發(fā)明用劍麻合成的水溶性碳量子點水溶性好，熒光穩(wěn)定性高。具有良好的生物相容性和安全性，在細(xì)胞標(biāo)記、熒光探針、防偽標(biāo)記以及免疫層析產(chǎn)品領(lǐng)域。具有重要的應(yīng)用價值。

3.本發(fā)明制備的水溶性碳量子點量子產(chǎn)量高，高達(dá)93.2％。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的水溶性碳量子點的熒光激發(fā)和熒光發(fā)射圖譜；

圖2為實施例2制備的水溶性碳量子點的量子產(chǎn)率圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

實施例1

1)劍麻前處理；

2)按體積比2:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理包括：洗滌、粉碎、浸泡。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

實施例2

1)劍麻前處理；

2)按體積比3:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理包括：洗滌、粉碎、浸泡。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

實施例3

1)劍麻前處理；

2)按體積比5:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理包括：洗滌、粉碎、浸泡。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

實施例4

1)劍麻前處理；

2)按體積比2:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理具體為：將劍麻粉碎，按重量比1:1混合劍麻與磁化水，于氮氣氛圍下55℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述劍麻重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過程往爐中通入氮氣直至濾渣冷卻，以保證灼燒過程和冷卻過程爐中均為氮氣氛圍，即得經(jīng)前處理的劍麻。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

實施例5

1)劍麻前處理；

2)按體積比3:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理具體為：將劍麻粉碎，按重量比1:1混合劍麻與磁化水，于氮氣氛圍下55℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述劍麻重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過程往爐中通入氮氣直至濾渣冷卻，以保證灼燒過程和冷卻過程爐中均為氮氣氛圍，即得經(jīng)前處理的劍麻。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

實施例6

1)劍麻前處理；

2)按體積比5:1混合去離子水與丙三醇，得混合溶液備用；

3)將前處理得到的劍麻加入所述步驟2)得到的混合溶液中，攪拌；并置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時間為30min。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述前處理具體為：將劍麻粉碎，按重量比1:1混合劍麻與磁化水，于氮氣氛圍下55℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述劍麻重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過程往爐中通入氮氣直至濾渣冷卻，以保證灼燒過程和冷卻過程爐中均為氮氣氛圍，即得經(jīng)前處理的劍麻。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時。

所述的以劍麻為原料的水溶性碳量子點的制備方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過濾。

一、免疫層析分析試驗

本發(fā)明制備得到的水溶性碳量子點可以和抗體結(jié)合進(jìn)行免疫層析分析。抗體結(jié)合的熒光碳量子點越多，對應(yīng)的熒光強(qiáng)度越強(qiáng)，利用其熒光信號的強(qiáng)弱可以進(jìn)行定量分析。

現(xiàn)在對實施例2制備得到的水溶性碳量子點進(jìn)行以下免疫層析分析試驗：

(1)在緩沖液體系下，通過二環(huán)已基二亞胺(DCC)或者二異丙基碳二亞胺(DIC)處理可以與鏈酶親和素交聯(lián)，然后與生物素標(biāo)記的抗體結(jié)合，獲得結(jié)合水溶性碳量子點的抗體。

(2)免疫層析試紙條包括依次設(shè)置的加樣區(qū)、結(jié)合物釋放區(qū)、反應(yīng)區(qū)和吸水區(qū)；所述結(jié)合物釋放區(qū)為包被結(jié)合有水溶性碳量子點的抗體的結(jié)合物釋放墊；所述反應(yīng)區(qū)為分為測試區(qū)和控制區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)為測試區(qū)包被與抗體結(jié)合的抗原、控制區(qū)包被抗鼠IgG抗體的固體支持物。

(3)將結(jié)合水溶性碳量子點的抗體噴涂在結(jié)合物釋放墊上獲得結(jié)合物釋放區(qū)；

將抗原和抗鼠IgG抗體噴涂在反應(yīng)區(qū)的固體支持物上，分別形成測試區(qū)、控制區(qū)獲得反應(yīng)區(qū)；

將加樣區(qū)、結(jié)合物釋放區(qū)、反應(yīng)區(qū)和吸水區(qū)依次相互搭接的粘貼在背襯上即得。

其中，本發(fā)明所述免疫層析試劑盒中免疫層析試紙條上噴涂的抗原針對不同檢測物可以選擇與檢測物相適應(yīng)的抗原。

二、防偽標(biāo)記試驗

將實施例2制備的水溶性碳量子點加入純水中，制備濃度為2mg/mL水溶性碳量子點水溶液2mL，將其與5mL聚乙烯醇(5.0wt％)混合，將混合后的溶液用刷子均勻涂布到玻璃片上，之后將玻璃片置于65℃烘箱中1小時，取出玻璃片拍照，經(jīng)過對比可知，玻璃片在自然光下沒有任何顏色，而在365nm紫外燈下可見明亮的綠色熒光，故碳量子點可用作防偽標(biāo)記。

根據(jù)圖2中水溶性碳量子點構(gòu)成直線的斜率和硫酸奎寧點構(gòu)成直線的斜率的比值乘以硫酸奎寧的量子產(chǎn)率(硫酸奎寧為標(biāo)準(zhǔn)量，其量子產(chǎn)率為54％)可以計算得出本發(fā)明的量子產(chǎn)率為93.2％。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。