一种基于荧光碳点的荧光材料在化学发光方面的应用的制作方法

本发明属于荧光碳纳米材料应用技术领域，具体涉及一种基于荧光碳点的荧光材料在化学发光方面的应用。

背景技术：

双草酸酯化学发光体系作为已知自然界中除生物发光现象的效率最高的化学发光体系，其发光应用在化学发光冷光源、化学分析检测、化学发光生物成像等方面取得了重要的研究进展。一般而言，双草酸酯-过氧化氢化学发光体系作为一种间接发光体系，其发光需要发光介质。目前，该化学发光体系常用的化学发光体为苝、罗丹明b、罗丹明g和红荧烯等荧光小分子。然而，此类化学发光染料普遍具有一定的生物毒性（如罗丹明b为三类致癌物），同时具有制备方法复杂、制备成本高昂，而且在自然环境下降解缓慢等缺点。

荧光碳点（cds）作为一种具有高的荧光效率，发光波长可调，生物相容性良好，制备方法简单，制备成本低廉，生物毒性低的新型荧光纳米材料。目前对其荧光或电致发光的研究较多，适合应用于生物成像和发光二极管，中国专利cn108956552a将荧光碳点应用在了对铬酸根的检测领域，实现了较高灵敏度的检测。但cds的其他发光特性，如化学发光的报道相对较少，所以将其作为发光体，实现在双草酸酯-过氧化氢化学发光体系中高亮度、长寿命、生物安全、环境友好的化学发光，同时开发其多种化学发光应用，具有一定的必要性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于荧光碳点的荧光材料在化学发光方面的应用，解决现有技术中化学发光体具有生物毒性、制备复杂、成本高、兼容性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于荧光碳点的荧光材料在化学发光方面的应用。

本发明还提供该荧光碳点的两种制备方法，水热法制备包括以下步骤：

步骤a.取柠檬酸和尿素于溶剂中，常温下进行超声震荡，10min后得混合溶液，所述柠檬酸与尿素的质量比为1:1～4；

步骤b.将震荡后的混合溶液置于高温反应炉，加热温度为160℃～200℃，保温4～10h后自然降温至室温；

步骤c.将反应后的混合溶液溶于过量无水乙醇中，过滤，保留上层清液，放入60℃真空干燥箱进行烘干，再利用柱层析法进行提纯，即为所需荧光碳点。

进一步地，所述溶剂为去离子水、氮氮二甲基甲酰胺或氮氮二甲基乙酰胺。

微波法制备荧光碳点包括以下步骤：

步骤a.取柠檬酸和尿素溶于去离子水中,常温下进行超声震荡分散均匀，得混合溶液，所述柠檬酸与尿素的质量比为1:2～4；

步骤b.将混合溶液置于微波反应炉，微波加热5～10min后，溶液由无色变为棕色固体；

步骤c.将反应后的固体溶于过量无水乙醇，通过超声震荡均匀后，再重复离心三次，保留上层清液，经60℃真空干燥箱烘干，即得所需荧光碳点。

进一步地，所述离心速度为3000转/分钟。

进一步地，所述的化学发光为化学发光冷光源、化学发光分析或化学发光成像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1．本发明提出使用荧光碳点代替传统荧光染料大分子实现了双草酸酯-过氧化氢体系的高亮度、长寿命化学发光，避免了荧光染料大分子的接触致癌性，具有良好的生物相容性与环境安全性，发光性能优异，发光波长在紫外-可见光-近红外波段可调，且表面富含大量基团，可进一步进行修饰，改变其性能。制备的荧光碳点化学发光亮度高，发光寿命较长，同时，相比于传统有机染料大分子，碳量子点更容易通过表面改性与结构调整来实现进一步的性能改进（更高的发光效率、发光亮度，更长的发光时长），具有更高的应用潜力。

2．将该荧光荧光材料应用于化学发光冷光源方面，具有生物毒性低、易降解的优点；应用于化学检测方面，该荧光材料具有检测灵敏度高，检测设备简单的优点；应用与化学成像方面，依托于该荧光材料的纳米发光检测器避免了传统荧光生物成像的背景光干扰，且其成像灵敏度高。

附图说明：

图1为水热法制备荧光碳点的过程示意图；

图2为红绿蓝荧光碳点作为化学发光冷光源的照片；

图3为荧光碳点材料的化学发光原理图；

图4为荧光碳点材料对过氧化氢及葡萄糖的检测原理图；

图5为荧光碳点材料作为化学发光材料对过氧化氢检测图，其中a为测试原理图、b为过氧化氢检测选择性图、c为葡萄糖检测选择性图；

图6为荧光碳点材料作为化学发光传感器的制备原理图；

图7为荧光碳点材料作为化学发光传感器在生物成像中的应用，其中a为体外过氧化氢成像检测图、b为过氧化氢检测曲线图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用于限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1.水热法制备荧光碳点

步骤a.称取1g质量分数为99%的柠檬酸和2g尿素，加入10ml氮氮二甲基甲酰胺（dmf）中，常温下进行超声震荡，得混合溶液；

步骤b.将震荡后的混合溶液置于高温反应炉，加热至160℃，保温8h后自然降温至室温；

步骤c.将反应后的混合溶液溶于dmf，使用硅胶层析柱（200目）层析后获得红色荧光碳点（r-cds）溶液，加入过量无水乙醇，过滤，保留上层清液，放入60℃真空干燥箱进行烘干，即为所需红色荧光碳点。

将步骤a中的dmf替换为氮氮二甲基乙酰胺（dmac），其他步骤不变，可得所需绿色荧光碳点（g-cds）。

将步骤a中的dmf替换为去离子水，其他步骤不变，可得所需蓝色荧光碳点（b-cds）。

图1为水热法制备荧光碳点的示意图，由图中可以看出：选取不同的反应溶剂可得到红绿蓝三色的荧光碳点。

实施例2.水热法制备荧光碳点

步骤a.称取1g质量分数为99%的柠檬酸和4g尿素，加入10ml氮氮二甲基甲酰胺（dmf）中，常温下进行超声震荡，得混合溶液；

步骤b.将震荡后的混合溶液置于高温反应炉，加热至200℃，保温4h后自然降温至室温；

步骤c.将反应后的混合溶液溶于dmf，使用硅胶层析柱（200目）层析后获得红色荧光碳点（r-cds）溶液，加入过量无水乙醇，过滤，保留上层清液，放入60℃真空干燥箱进行烘干，即为所需红色荧光碳点。

将步骤a中的dmf替换为氮氮二甲基乙酰胺（dmac），其他步骤不变，可得所需绿色荧光碳点（g-cds）。

将步骤a中的dmf替换为去离子水，其他步骤不变，可得所需蓝色荧光碳点（b-cds）。

实施例3.微波法制备荧光碳点

步骤a.称取0.8g柠檬酸和1.6g尿素溶于去离子水中，常温下进行超声震荡分散均匀，得混合溶液；

步骤b.将混合溶液置于微波反应炉，微波加热5min后，溶液由无色变为棕色固体；

步骤c.将反应后的固体溶于过量无水乙醇，通过超声震荡均匀后，再重复离心三次，保留上层清液，经60℃真空干燥箱烘干，即得所需荧光碳点。

实施例4.微波法制备荧光碳点

步骤a.称取0.8g柠檬酸和3g尿素溶于去离子水中,常温下进行超声震荡分散均匀，得混合溶液；

步骤b.将混合溶液置于微波反应炉，微波加热10min后，溶液由无色变为棕色固体；

步骤c.将反应后的固体溶于过量无水乙醇，通过超声震荡均匀后，再重复离心三次，保留上层清液，经60℃真空干燥箱烘干，即得所需荧光碳点。

实施例5.基于荧光碳点的荧光材料在化学发光冷光源方面的应用

步骤a.称取30mg荧光碳点（b-,g-,r-cds）粉末，溶于10ml无水乙醇中，常温下进行超声震荡，分散均匀；

步骤b.称取0.2g双草酸酯（cppo）溶于10ml乙酸乙酯，取2ml过氧化氢溶液（质量分数30%）溶于10ml无水乙醇溶液中，将两种溶液混合均匀；

步骤c.将荧光碳点溶液加入双草酸酯-过氧化氢混合溶液中，即可观察到高亮度，长寿命化学发光。

图2为基于荧光碳点的化学发光冷光源，取红绿蓝三色的荧光碳点作为发光体可得到三色化学发光冷光源装置。

图3为基于荧光碳点的化学发光原理，由图中可以看出：使用荧光碳点作为双草酸酯体系化学发光体的原理为双草酸酯被过氧化氢氧化，生成激发态的中间产物，高能中间体，通过能量共振转移，将能量传递给荧光碳点，使荧光碳点处于激发态，荧光碳点退激发，发射出不同能量的光子，产生化学发光。

实施例6.基于荧光碳点的荧光材料在化学发光分析方面的应用

步骤a.称取30mg荧光碳点（r-cds）粉末，溶于10ml无水乙醇中，常温下进行超声震荡，分散均匀；

步骤b.称取0.2g双草酸酯（tcpo）溶于10ml乙酸乙酯中；

步骤c.称取待测样品溶于无水乙醇溶液，使用化学发光分析检测装置对待测物质进行检测。

图4为基于荧光碳点的化学发光对过氧化氢及葡萄糖的检测原理，当在碳点与双草酸酯溶液中加入过氧化氢，过氧化氢与双草酸酯产生的化学能会转换成光能，发光强度与过氧化氢浓度成正比，可实现对溶液中过氧化氢浓度检测。当葡萄糖与葡萄糖氧化酶相遇时会产生过氧化氢促使碳点与双草酸酯溶液产生化学发光，发光强度与葡萄糖浓度成正比，可实现对溶液中葡萄糖浓度检测。

图5为基于荧光碳点的化学发光对过氧化氢检测的证明，其中a为测试原理图，将碳点、待测样品（过氧化氢溶液或葡萄糖与葡萄糖氧化酶溶液）、双草酸酯溶液通过蠕动泵混合后采用光电倍增管测试其化学发光亮度；b为过氧化氢检测选择性图，采用金属离子和氧化性离子进行干扰性实验来确认对过氧化氢选择性实验，其选择性良好；c为葡萄糖检测选择性图，采用不同种类单糖进行干扰性实验来确认对葡萄糖选择性实验，其选择性良好。

实施例7.基于荧光碳点的荧光材料在化学发光成像方面的应用

步骤a.称取20mg荧光碳点粉末，溶于10mldmf溶液中，加入0.2g十八胺，常温下搅拌12小时，使用二氯甲烷/水对荧光碳点萃取，常温下干燥，制取油溶性碳点（cds-m）；

步骤b.将1.5mgcds-m粉末，40mg聚乙二醇-b-聚丙二醇-b-聚乙二醇（peg-b-ppg-b-peg)，4mg双草酸酯（cppo）溶于5ml二氯甲烷，震荡均匀后，烘干后溶于去离子水后过滤，制取化学发光传感器纳米粒子（cpnps）；

步骤c.将该化学发光传感器应用于生物成像及生物体内生性ros检测。

图6为基于荧光碳点的化学发光传感器的制备原理。将水溶性碳点（r-cds）包覆十八胺转化成油性碳点（r-cds-m），并将其与双草酸酯和聚乙二醇-b-聚丙二醇-b-聚乙二醇连接组合成碳点聚合粒子，该粒子在过氧化氢溶液(h2o2)中会产生化学发光。

图7为基于荧光碳点的化学发光传感器在生物成像中的应用。其中a为体外过氧化氢成像检测图，在碳点聚合粒子溶液中加入不同浓度过氧化氢溶液会产生强度不同的化学发光，该化学发光强度差异肉眼可见；b为过氧化氢检测曲线图，通过化学发光强度和加入过氧化氢浓度曲线可得实现对过氧化氢5nm的检测灵敏度和在0~100nm的线性检测范围结果。

需要特别说明的是：以上实施例是为了加深对本发明的理解，仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。