具有大斯托克斯位移的红色发射碳点及其制备方法和在氟与四环素的多机制检测中的应用

本发明属于荧光探针，具体涉及一种具有大斯托克斯位移的红色发射碳点及其制备方法和在氟与四环素的多机制检测中的应用。

背景技术：

1、氟离子广泛存在于饮用水、牙膏和骨质疏松症药物中，因其潜在的健康风险而引起广泛关注。它的适当使用对牙齿护理和骨骼健康至关重要，但过量摄入会对人体器官造成损害，如胃、肾和骨骼。此外，长期接触氟离子会对儿童的智商产生负面影响。值得注意的是，世界上许多地区都出现了含有大量氟离子的地下水，这使许多人类处于危险之中。因此，开发一种简便、灵敏、选择性的氟离子检测方法是非常值得研究的。

2、四环素作为四环素家族中的一种广谱抗生素，可以与trna结合达到抑菌作用。抗生素通常用于治疗人类的严重细菌感染。然而，世界卫生组织禁止使用促进生长的抗生素，因为它们的使用与各种人类健康问题有关。四环素沉积于牙、骨骼以至指甲等，而且还能引起釉质发育不全。因此，四环素的定量检测在食品和生命科学领域具有重要意义。

3、目前，已成功开发出色谱法、比色法、电化学法等多种检测技术来测定氟离子和四环素类药物。尽管这些方法准确度高、灵敏度高，但仍存在仪器复杂、操作程序繁琐、电极不稳定等缺点，这在一定程度上限制了它们的广泛应用。因此，亟需开发一种快速、高效、定量检测氟离子和四环素的新方法。

4、为了弥补上述不足，以碳点为代表的荧光分析技术因其成本低、操作简单、响应快、选择性强和灵敏度极高而备受青睐。然而，大多数碳点是在短波长区域（蓝色和绿色）发射的，由于生物底物的自发蓝色荧光，这限制了它们的进一步生物分析应用。因此，长波长发射碳点受到了越来越多的关注，并成为纳米传感器和环境监测领域的新宠。

5、目前，已经开发了许多基于碳点的荧光传感器来检测氟离子。张等人设计了一种由黄发射碳点和姜黄素组成的杂化纳米系统，通过内滤效应的差异化，实现氟离子的灵敏检测（ j. hazard. mater., 2021, 411: 125184）。此外，各种功能性碳点已被用于四环素的测定。李等人开发了一种基于聚集诱导发射增强机制的红色发射碳点用于检测四环素的（ sens. actuators b chem., 2021, 332: 129513）。尽管这些碳点的发射是在长波长区域，但它们具有斯托克斯位移小的缺点。因此，迫切需要开发具有大斯托克斯位移的长波长发射碳点。

6、据我们所知，尽管已经开发了许多荧光传感器用于检测，但很少有发表的报告表明，将多机制检测集成到单个基于碳点的化学传感器中能够同时检测两个目标。

技术实现思路

1、为了解决目前基于碳点的荧光传感器具有斯托克斯位移小的缺点，且无法集成到单个基于碳点的化学传感器中进行同时检测两个目标的问题，本发明提供了一种具有大斯托克斯位移的红色发射碳点及其制备方法和在氟与四环素的多机制检测中的应用。

2、本发明由如下技术方案实现：一种具有大斯托克斯位移的r-cds，其通过如下方法获得：以对苯二胺为前驱体，nicl2·6h2o为催化剂，通过一步溶剂热反应制备r-cds，进一步经过透析、过滤，冷冻干燥得到的r-cds粉末。

3、本发明所述r-cds的具体制备方法如下：

4、（1）称取0.03 g对苯二胺和0.006 g nicl2·6h2o，溶解于10 ml乙醇，在15 khz，25℃下，超声处理5分钟；将所得澄清溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的高压釜，在烘箱中加热；待反应完毕，温度自然冷却至室温，得到深紫色溶液；

5、（2）将所得深紫色溶液转移至截留分子量为1000 da的透析袋，并置于水中，透析24 h，每6 h换一次水，经透析后的液体通过0.22 μm的滤膜，滤液冷冻干燥，收集黑色粉末，即为r-cds。

6、进一步的，所述加热温度为160℃，时间为6 h，升温速率为10 ℃/分钟；所述冷冻温度为-60℃，时间为36h。

7、本发明所述的r-cds或者利用所述方法制备所得的r-cds用于构建集装式r-cds-fe3+荧光增强传感器，具体步骤如下：

8、（1）r-cds稀释液的制备：准确称取r-cds粉末，溶解于乙醇中，制得浓度为1.0 mg/ml的r-cds储备液；r-cds稀释液用乙醇稀释获得；

9、（2）fe3+储备液的制备：准确称取fecl3·6h2o粉末，溶解于超纯水中，制得浓度为0.01 mol/l的fe3+储备液；

10、（3）将浓度为0.02 mg/ml 的r-cds稀释液500 μl、浓度为0.01 mol/l 的fe3+储备液10 μl、浓度为0.1 mol/l，ph 为6.8的tris-hcl缓冲溶液400 μl依次混合中，在室温下孵育1分钟，所得混合液即为集装式r-cds-fe3+荧光增强传感器体系。

11、本发明所构建的集装式r-cds-fe3+荧光增强传感器在氟离子检测中的应用，其特征在于：具体步骤如下：

12、（1）氟离子储备液的制备：准确称取氟化钠粉末，溶解于超纯水中，制得浓度为0.01 mol/l的氟离子储备液；

13、（2）标准曲线的建立：将若干体积梯度的氟离子储备液加入到所述集装式r-cds-fe3+荧光增强传感器体系中，用tris-hcl缓冲溶液稀释至1.0 ml作为最终体积，在285 nm的激发波长下，测量并记录其在600 nm下的荧光发射强度；通过origin软件线性拟合氟离子浓度与r-cds-fe3+体系荧光强度，得线性方程：δf = 1.830c(氟离子)+ 5.617，r2= 0.998；线性范围为：0.5~120 μmol/l，最低检出限为0.25 μmol/l。

14、（3）实际样品中氟离子的测定：将500 μl r-cds稀释液（0.02 mg/ml）、10 μl fe3+储备液（0.01 mol/l）和490 μl待测样品溶液混合，在285 nm的激发波长下，测量荧光强度，代入线性方程计算待测样品中氟离子含量。

15、进一步的，所述r-cds与fe3+的浓度比为10 μg/ml：100 μmol/l。

16、本发明所述的r-cds或者利用所述方法制备所得的r-cds在四环素检测中的应用，其特征在于：具体步骤如下：

17、（1）r-cds稀释液的制备：准确称取r-cds粉末，溶解于乙醇中，制得浓度为1.0 mg/ml的r-cds储备液；r-cds稀释液用乙醇稀释获得；

18、（2）四环素储备液的制备：准确称取盐酸四环素粉末，溶解于超纯水中，制得浓度为0.01 mol/l的四环素储备液；

19、（3）标准曲线的建立：将500 μl r-cds稀释液（0.02 mg/ml）、400 μl tris-hcl缓冲溶液（0.1 mol/l，ph 6.8）和若干体积的四环素储备液加入到离心管中，用tris-hcl缓冲溶液稀释至1.0 ml作为最终体积，在285 nm的激发波长下，测量并记录其在600 nm下的荧光发射强度；通过origin软件线性拟合四环素浓度与r-cds荧光强度，得线性方程：δf =4.065c(四环素)+ 10.555，r2= 0.996；线性范围为：0.5~100 μmol/l，最低检出限为0.11 μmol/l。

20、（4）实际样品中四环素的测定：将500 μl r-cds稀释液（0.02 mg/ml）与500 μl待测样品溶液混合，在285 nm的激发波长下，测量荧光强度，代入线性方程计算待测样品中四环素的含量。

21、本发明还提供了所述的r-cds或者利用所述方法制备所得的r-cds在实际样品中检测氟离子和四环素的应用，检测前，实际样品需经过处理，具体处理方法为：

22、所述实际样品为牛奶，在99 ml牛奶中加入1 ml 300 g/l三氯乙酸，超声处理20min以除去蛋白质和脂质，在8000rpm下离心5min；离心上清液用0.22 μm的滤膜过滤，并用5mol/l的氢氧化钠调节过滤溶液的ph至7.0；

23、所述实际样品为蜂蜜与矿泉水，稀释20倍的蜂蜜水和矿泉水用0.22 μm的滤膜过滤，备用；

24、所述实际样品为牙膏或茶叶，将20 g牙膏或茶叶分散在1000 ml超纯水中，70℃加热3h，冷却至室温后，将混合物在13000 rpm下离心10分钟，离心上清液用0.22 μm的滤膜过滤。

25、本发明具有如下有益效果：

26、本发明将检测氟离子和四环素的两种传感机制集成到基于r-cds的化学传感器中。首先，fe3+与r-cds表面的氨基/羧基结合，导致r-cd荧光猝灭，随后加入氟离子，竞争结合r-cds表面的fe3+，使得r-cds荧光强度得以恢复，因此可构建r-cds-fe3+荧光增强传感器来检测氟离子。此外，r-cd的激发光谱与四环素的吸收光谱重叠，因此可通过内滤效应（ife）和静态猝灭的协同作用，建立一种r-cd荧光猝灭传感器来测定四环素。

27、总而言之，与其他检测氟离子和四环素的方法相比，该方法具有快速高效、灵敏度高、选择性好等优点，为氟离子和四环素检测提供了一种全新的方法。