一种具有过氧化物酶催化活性荧光碳量子点及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有过氧化物酶催化活性荧光碳量子点及其制备方法，属于纳米材料领域及制备技术领域。

背景技术：

碳量子点是近几年才出现的一种新型荧光碳纳米材料，它是一种直径小于10nm的零维碳纳米晶体，并且具有良好的生物相容性。这种纳米材料克服了传统ii-iv族量子点的一些缺点，具有无毒、高荧光量子产率、良好生物相容性以及高的光、化学稳定性等，可用于生物传感、生物成像、环境检测、光催化以及药物载体等诸多领域。碳量子点具有可以替代生物毒性较大的半导体量子点的优势，特别是在生命科学领域。

碳量子点的制备方法有很多种，通常采用化学氧化、微波处理、水热法等手段制备细小而均匀分散的碳量子点。按照碳源来源，一般可分为无机碳源和有机碳源。通常经无机碳源制备的碳量子点的荧光量子产率低，且操作复杂；而用有机碳源制备碳量子点发光效率较佳。特别是利用天然原料如：草叶、树皮、牛奶、果汁等作为碳源合成碳量子点通常具有较强的荧光性能，这种碳源比较容易得到，而且便宜，更有利于大批量生产。但一般利用天然碳源合成的碳量子点没有明显的催化活性。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种利用天然碳源合成具有过氧化物酶催化活性的荧光碳量子点的方法。本发明提供的制备方法简单，原料便宜，制备的碳量子点具有较强的过氧化物酶催化活性可以应用于过氧化物酶相关的检测，而且该碳量子点具有较强的荧光量子产率，量子产率可以达到32%。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种具有过氧化物酶催化活性的碳量子点材料，该碳量子点在300～420nm的波长激发下，蓝色荧光碳量子点的发射波长在420～500nm之间，荧光量子产率大于20%，且具有较强的过氧化物酶催化活性和较强的蓝色荧光。

本发明还提供一种上述具有过氧化物酶催化活性的碳量子点材料的制备方法，具体步骤如下：

1)按照质量比为1：（2～20）将将动物血研磨并分散与去离子水中，在室温下超声10～20分钟，至悬浊液分散均匀；

2)取出15ml的悬浊液加入20ml高压反应釜中进行碳化，温度设置为150～220℃，反应时间为5～20小时；

3)取出碳化后溶液，用0.22μm滤膜过滤除去残渣，再将滤液离心除去不溶物沉淀，然后将上清液进行旋蒸，以提高碳量子点溶液的浓度，再冷冻干燥得到具有过氧化物酶催化活性的蓝色荧光碳量子点材料。

优选的，步骤1)中的动物血与去离子水比例为1:10。

进一步的，步骤2)中的温度设置为160-200℃，反应时间为5～10小时。

优选的，步骤2）中的温度设置为180℃，反应时间为8小时。

根据所述制备方法制得的具有过氧化物酶催化活性的碳量子点，在300～420nm的波长激发下，具有蓝色荧光且发射波长在420～500nm之间，荧光量子产率大于20%，而且具有较强的过氧化物酶的催化活性。

和现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明制备方法简单、易操作，重现性高。原材料价格低廉、容易采购、干燥的荧光碳量子点粉末可以长期保存。

(2)所制备的碳量子点发射蓝色荧光(中心发射波长为430nm附近)，且具有较强的过氧化物酶的催化活性，可直接用于对h2o2检测或与之相关的催化反应。

(3)本发明提供的碳量子点的荧光产率高达32％，可用于生物检测、镜像、以及有机半导体中的高光电转换效率的应用。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图。

图1为实施例1中的碳量子点的透射电镜图和尺寸分布图(插图)。

图2为实施例1中的碳量子点水溶液在300～480nm波长激发下获得荧光发射图谱。

图3为实施例1中的碳量子点水溶液试样的紫外吸收和荧光发射谱图。

图4为实施例1的碳量子点（i）、3,3',5,5'-四甲基联苯胺（tmb）+h2o2（ii）、tmb+h2o2+碳量子点（iii）的紫外可见光谱（插图为相应的照片）。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

1)在室温条件下，取1g猪血放入研钵中研磨成糊状，加入到50ml小烧杯中,加入10ml的去离子水,混合均匀，放入超声仪中连续超声20分钟，使其混合均匀。

2)将上述悬浊液取出加入到20ml高压反应釜中，放入恒温干燥箱中加热。反应温度设置为180℃，时间8小时，反应结束后，自然冷却到室温。

3)将上述反应液倒入装有0.22μm滤膜的注射器中过滤，除去残渣。再将得到的滤液放入到离心管中，以8000转/分钟的转速离心10分钟，除去不溶物。

4）然后再将上清液进行旋蒸，以提高碳量子点溶液的浓度，再进行冷冻干燥24小时，既得到具有过氧化物酶催化活性的荧光碳量子点固体粉末。

图1为实施例1中的碳量子点的透射电镜图和尺寸分布图(插图)，碳量子点的粒径分布为2.0-4.0nm,均匀尺寸为2.8nm。

以硫酸奎宁作为荧光参照标准物，经测定实施例1的碳量子点的荧光量子产率为32%。

在300～420nm波长激发下的荧光发射图谱如图2所示。结果表示，在300～420nm的波长激发下，荧光碳量子点的发射波长在420～500nm之间。

碳量子点水溶液试样的紫外吸收和荧光发射谱图如图3所示,可以看到荧光在蓝色光区域。

分别比较碳量子点溶液（i）、含有3,3',5,5'-四甲基联苯胺（tmb）和h2o2的水溶液（ii）、含有tmb、h2o2和碳量子点的溶液（iii）的紫外可见光谱，结果如图4（插图为相应的照片）所示，从而确定实施例1的碳量子点具备过氧化物酶的催化活性。

结果表明，本发明的碳量子点不仅具有较强的荧光量子产率，而且具有较强的过氧化物酶的催化活性。

实施例2

1)在室温条件下，取1g羊血放入研钵中研磨成糊状，加入到50ml小烧杯中,加入10ml的去离子水,混合均匀，放入超声仪中连续超声20分钟，使其混合均匀。

2)将上述悬浊液取出加入到20ml高压反应釜中，放入恒温干燥箱中加热。反应温度设置为200℃，时间6小时，反应结束后，自然冷却到室温。

3)将上述反应液倒入装有0.22μm滤膜的注射器中过滤，除去残渣。再将得到的滤液放入到离心管中，以8000转/分钟的转速离心10分钟，除去不溶物。

4）然后再将上清液进行旋蒸，以提高碳量子点溶液的浓度，再进行冷冻干燥24小时，既得到具有过氧化物酶催化活性的荧光碳量子点固体粉末。

实施例2得到的碳量子点的粒径2.1-4.5nm。在300～420nm的波长激发下，荧光碳量子点的发射波长在400～480nm之间。365nm波长紫外灯照射下的碳量子点的荧光呈蓝色，tmb+h2o2比色实验证明，合成的碳量子点也具有较强的酶催化活性。该条件下合成的碳量子点的荧光量子产率为28％。

实施例3

1)在室温条件下，取1g鸡血放入研钵中研磨成糊状，加入到50ml小烧杯中,加入10ml的蒸馏水,混合均匀，放入超声仪中连续超声20分钟，使其混合均匀。

2)将上述悬浊液取出加入到20ml高压反应釜中，放入恒温干燥箱中加热。反应温度设置为160℃，时间10小时，反应结束后，自然冷却到室温。

3)将上述反应液倒入装有0.22μm滤膜的注射器中过滤，除去残渣。再将得到的滤液放入到离心管中，以8000转/分钟的转速离心10分钟，除去不溶物。

4）然后再将上清液进行旋蒸，以提高碳量子点溶液的浓度，再进行冷冻干燥24小时，既得到具有过氧化物酶催化活性的荧光碳量子点固体粉末。

实施例3得到的碳量子点的粒径2.0-4.2nm。在300～420nm的波长激发下，荧光碳量子点的发射波长在400～450nm之间。365nm波长紫外灯照射下的碳量子点的荧光呈蓝色，tmb+h2o2比色实验证明，合成的碳量子点具有较强的酶催化活性。该条件下合成的碳量子点的荧光量子产率为21％。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。