一种能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法及其产品、应用与流程

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法及其产品、应用。

背景技术

食品的质量和安全一直是食品企业和消费非常关注的问题，微生物的生长繁殖不仅是造成产品腐烂变质的重要原因，而且部分微生物还会对人体造成很大的伤害。特别是采用保鲜膜包装果蔬等时，包装内部空气流通差，环境湿度大，很容易硬气微生物生长繁殖，所以，使用抗菌保鲜剂来防止产品受到微生物污染和演延长货架期就显得非常重要。

碳量子点，就是一类尺寸小于10nm的碳纳米材料。一般包括石墨烯量子点、碳纳米点及聚合物量子点。碳点在制备、性质及应用等方面的研究已经取得了很大的进展并逐渐成为碳纳米材料家族中的一颗新星。碳量子点的制备方法得到了快速的发展，价廉易得的原料及多样化的制备手段极大地丰富了碳点的理论研究及实际应用。目前碳量子点的合成方法一般可以分为两大类：自上而下法和自下而上法。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法，其包括，

将杆菌肽溶于溶剂，在150～200℃的温度下加热反应4～24h，冷却，离心，过滤，得到澄清的杆菌肽碳量子点溶液。

作为本发明所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法的一种优选方案：所述溶剂包括水，所述杆菌肽与水的比例为每1g杆菌肽溶于40～80ml水。

作为本发明所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法的一种优选方案：所述制备碳点，其中，所述加热反应，温度为180℃，时间为10h。

作为本发明所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法的一种优选方案：所述冷却，其是冷却至室温。

作为本发明所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法的一种优选方案：所述离心，转速为11000～13000rpm，时间为6～10min。

作为本发明所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法的一种优选方案：所述过滤，包括用0.22μm的微孔滤头进行过滤。

作为本发明所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料的制备方法的一种优选方案：还包括，

冷冻干燥，其温度为-60～-50℃，真空度为9～10pa，处理时间为18～26h。

作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料，其中：杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂在水中分散性良好，其平均粒径大约为3～5nm，层间距为0.223nm。

作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料作为保鲜剂的应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述的能够荧光追踪的杆菌肽碳点纳米材料作为保鲜剂的应用。

本发明的有益效果：本发明使用相对廉价的杆菌肽为碳源，不需要加入任何的表面钝化剂，采用目前使用最广泛的一步水热法，就能制备可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料，该纳米材料作为纳米保鲜剂，实验步骤简单，荧光性能稳定突出，抗菌功能明显，为现有的果蔬市场保鲜难题带来了福音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂的透射电镜图。

图2为本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂的粒径分布图。

图3为本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂的xrd光谱图。

图4为本发明实施例1可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂在不同ph溶液里b-cqds的荧光光谱图(a)和不同ph溶液里b-cqds的荧光强度对比图(b)。

图5为本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂的水溶液在不同浓度nacl盐溶液的荧光强度图(a)和用紫外灯照射不同时间b-cqds水溶液的荧光强度图(b)。

图6为本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米保鲜剂的菌落数图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1：

一种可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的制备：

步骤1，称取0.5g的杆菌肽粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，完全溶解得到无色透明的水溶液。

步骤2，将无色溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在180℃下恒温加热10h。

步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至室温，将得到的淡黄色溶液。

步骤4，将得到的淡黄色溶液置于离心机中以12000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。

步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥机冻干得到可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料粉末。

实施例2：

一种可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的制备：

步骤1，称取0.5g的杆菌肽粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，完全溶解得到无色透明的水溶液。

步骤2，将无色溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在180℃下恒温加热4h。

步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至室温，将得到的淡黄色溶液。

步骤4，将得到的淡黄色溶液置于离心机中以12000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。

步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥机冻干得到可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料粉末。

实施例3：

一种可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的制备：

步骤1，称取0.5g的杆菌肽粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，完全溶解得到无色透明的水溶液。

步骤2，将无色溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在180℃下恒温加热6h。

步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至室温，将得到的淡黄色溶液。

步骤4，将得到的淡黄色溶液置于离心机中以12000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。

步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥机冻干得到可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料粉末。

实施例4：

一种可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的制备：

步骤1，称取0.5g的杆菌肽粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，完全溶解得到无色透明的水溶液。

步骤2，将无色溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在180℃下恒温加热10h。

步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至室温，将得到的淡黄色溶液。

步骤4，将得到的淡黄色溶液置于离心机中以12000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。

步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥机冻干得到可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料粉末。

实施例5：

一种可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的制备：

步骤1，称取0.5g的杆菌肽粉末置于50ml的干净烧杯中，加入30ml的去离子水，完全溶解得到无色透明的水溶液。

步骤2，将无色溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，置于真空干燥箱中，在180℃下恒温加热24h。

步骤3，反应结束后，待合成产物自然冷却至室温，将得到的淡黄色溶液。

步骤4，将得到的淡黄色溶液置于离心机中以12000r/min的转速离心10min，接着用0.22μm的微孔滤头进行过滤后得到澄清的碳量子点溶液。

步骤5，将得到澄清的碳量子点溶液通过真空冷冻干燥机冻干得到可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料粉末。

本发明中，反应温度及反应时间对制得的纳米材料荧光强度或荧光量子产率的影响见表1和表2。

表1不同反应温度制备的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的荧光量子产率

表2在180℃下反应时间对可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料荧光强度的影响

研经究发现，反应温度决定反应物在碳点形成过程中的碳化程度，反应温度过高，碳化程度太高，制的的碳点表面官能团含量过低；反应温度过低，碳点碳化程度太低，制的的碳点表面官能团含量过高；而碳点表面官能团的数量和种类，直接影响其荧光量子产率及光学性质。从上表中可知在180℃下合成可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的最佳反应时间为10h。从上表中可知当温度为180℃，反应时间为10h时，制备出的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的荧光量子产率最高，达到56.57％，故认为最佳反应温度为180℃。

图1是本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的透射电镜图；图1中显示出本发明可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料分散性良好，均一，没有团聚。

图2是本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的粒径分布图；图2中显示出可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料平均粒径为3.8nm。

经研究发现，本发明中，步骤1杆菌肽与水的比例、步骤3冷却的方式、步骤4离心的条件都会对碳点的尺寸及形貌产生显著影响，采用本发明所选择的参数的组合，使得制备的碳点平均粒径达到3.8nm，均一，分散均匀，没有团聚。

图3是本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的xrd光谱图；由图可知，经过水热法碳化形成b-cqds后，在2θ＝20.14°处出现特征吸收，根据bragg公式：

2dsinθ＝nλ(n＝1,2,3；λ≈0.154)

从公式中可以得出b-cqds的层间距d为0.223nm。这个数据说明了经过本发明步骤2，反应物已经由杆菌肽变为b-cqds，并且杆菌肽的结构发生了改变，此时b-cqds已经具有一定的晶体结构。

图4是本发明实施例1可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料在不同ph溶液里b-cqds的荧光光谱图(a)；不同ph溶液里b-cqds的荧光强度对比图(b),插图：不同ph值的b-cqds水溶液在365nm的紫外灯照射下的照片。在ph由3到9的增加过程中，虽然在ph为5的溶液中b-cqds的荧光强度有所减弱，但b-cqds水溶液的荧光强度呈总体随ph值的升高下降趋势，而在ph为3的溶液环境中，b-cqds水溶液具有最大的荧光强度。

图5是本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的水溶液在不同浓度nacl盐溶液的荧光强度图(a)；用紫外灯照射不同时间b-cqds水溶液的荧光强度图(b)。测试浓度不同的nacl溶液b-cqds荧光强度的影响非常重要，因为nacl调节人体渗透压平衡。

由图5可知，浓度不同的nacl并没有在很大幅度上将b-cqds的荧光强度改变，即使是在高盐溶液(1mol/l)中，的b-cqds荧光强度仍然保持不变。另外发现5(b)图中b-cqds水溶液的荧光强度即使在照射72h后，降低幅度为0，因此可知，本发明制备的b-cqds具有非常好的抗光漂白性，能够经受长时间的紫外照射。

图6是本发明实施例1的可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的菌落数图。将不同浓度的b-cqds中加入等量的大肠杆菌经过稀释后在固体培养基上培养24h后大肠杆菌的生长结果。由图6可知，在固体培养基上由于含有b-cqds，大肠杆菌的生长受到明显抑制，且随着b-cqds的浓度逐渐增加，大肠杆菌的生长受到抑制的情况越严重，与空白样对比，大肠杆菌的菌落数逐渐降低，b-cqds浓度为2mg/ml时显示出明显抑菌效果。这说明b-cqds对大肠杆菌的生长繁殖有抑制效果。本发明中，当杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料的浓度为2mg/ml时，对于浓度为467×5×10¹⁰＝2.34×10¹²cfu/g的大肠杆菌进行24h培养时，抑制率达到99.14％以上。

碳量子点的合成方法可以分成两大类：自上而下合成法和自下而上合成法，自上而下的方法主要是指从大尺寸的碳源裂解成小尺寸的碳量子点，主要方法包括电弧放电法、电化学氧化法和激光消蚀法等等；而自下而上的合成方法主要是指以小分子化合物作为碳源进行碳化或者热裂解，本发明选择自下而上法合成，使用相对廉价的杆菌肽为碳源，不需要加入任何的表面钝化剂，采用一步法就能制备可荧光追踪的杆菌肽碳点(b-cqds)纳米材料，该纳米材料能够作为纳米保鲜剂，实验步骤简单，荧光性能稳定突出，抗菌功能明显，为现有的果蔬市场保鲜难题带来了福音。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。