本发明涉及碳纳米材料技术领域，尤其涉及一种银掺杂荧光碳量子点、其制备方法与胆固醇的检测方法。
背景技术：
碳量子点CQD是一类颗粒直径小于10nm，单分散的几何形状接近准球型的一种新兴的碳纳米功能材料。碳量子点具有小尺寸效应、表面易官能化效应、激发波长广、发射波长可调等特性。
由于碳量子点易于表面官能化，因此常用来掺杂各种贵金属，制备成金属掺杂的碳量子点纳米材料，以进一步提高碳量子点的各种性能。Zhang等于2011年，将碳量子点与三氧化二铁复合，得到了对苯和甲醇有高效降解效果的Fe2O3-CQD复合物。Wang等2013年以煤烟为原料制取CQD经NaBH4还原得到还原性的碳量子点r-CQD，将r-CQD与HAuCl4混合加热，获得金碳包覆的碳量子点纳米粒子；随后进行的催化反应测试，发现复合的金纳米粒子与单独的金纳米粒子相比，催化活性更好。2015年，Yang等人以石墨为电极用电解法制备了石墨量子点CD，将硝酸银与CD溶液混合制备Ag-CD复合材料；随后进行了Ag-CD复合材料与CD对环己烷的催化氧化效果对比实验，结果表明Ag-CD复合材料的催化效果更佳和选择性也高。
借助碳量子点的还原性及稳定性合成贵金属纳米粒子/碳量子点纳米材料，其结合了贵金属纳米粒子和碳量子点的优点，具有极好的光、热、电和化学特性，是一种很有前景的功能材料；并且相比单纯的贵金属纳米粒子具有更好的稳定性及特异性。
胆固醇又称胆甾醇，是一种环戊烷多氢菲的衍生物。胆固醇广泛存在于动物体内，尤以脑及神经组织中最为丰富，在肾、脾、皮肤、肝和胆汁中含量也高，其溶解性与脂肪类似，不溶于水，易溶于乙醚、氯仿等溶剂。胆固醇是动物组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参与形成细胞膜，而且是合成胆汁酸，维生素D以及甾体激素的原料。目前研究发现的血胆固醇检测方法较多，常见的方法主要有气液色谱-质谱联用法、液相色谱法、温度测定法、分子发光分析法、电化学方法和化学检测方法等。然而这些方法操作复杂，耗时长需要昂贵的仪器设备。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题在于提供一种银掺杂荧光碳量子点的制备方法，本申请制备的银掺杂荧光碳量子点可用于胆固醇的检测，简单快捷且准确度较高。
有鉴于此，本申请提供了一种银掺杂荧光碳量子点的合成方法，包括以下方法：
将Mr-1细菌菌体与水进行水热反应，得到水溶性荧光碳量子点；
将水溶性荧光碳量子点与可溶性银盐进行原位反应，得到银掺杂荧光碳量子点。
优选的，所述Mr-1细菌的培养方法具体为：
将Mr-1细菌菌种接种到装有LB培养基的锥形瓶中，再放入恒温摇床中培养24～36h；所述恒温摇床的温度为28～30℃，转速为150～180r/min；
将培养好的Mr-1细菌离心，得到Mr-1细菌菌体。
优选的，所述Mr-1细菌菌体与水的体积比为3mL：(3～4)mL。
优选的，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为18～24h。
优选的，所述水热反应之后还包括：
将水热反应后的产物在3～4℃、8000～12000r/min的条件下离心5～8min，取上层清液得到水溶性荧光碳量子点。
优选的，得到银掺杂荧光碳量子点的步骤具体为：
在圆底烧瓶的外壁包上锡纸进行遮光处理；再在圆底烧瓶中装入水溶性荧光碳量子点水溶液与可溶性银盐溶液，然后置于65～80℃的恒温水浴锅里反应10～12h；
将反应后的反应液在3～4℃，经过10000～14000r/min离心8～10min，得到银掺杂荧光碳量子点。
本申请还提供了一种银掺杂荧光碳量子点，由水溶性荧光碳量子点与可溶性银盐制备得到，所述水溶性荧光碳量子点由Mr-1细菌菌体与水制备得到。
优选的，所述银掺杂荧光碳量子点的最大吸收峰为480nm。
本申请还提供了一种胆固醇的检测方法，包括以下步骤：
采用紫外-可见分光光度法，银掺杂荧光碳量子点、胆固醇氧化酶与待测样品反应后采用紫外分光光谱检测紫外吸收强度；
所述银掺杂荧光碳量子点为上述方案所述的合成方法所合成的银掺杂荧光碳量子点或上述方案所述的银掺杂荧光碳量子点。
本申请还提供了一种胆固醇的定量检测方法，包括以下步骤：
采用紫外-可见分光光度法，银掺杂荧光碳量子点与双氧水反应后采用紫外分光光谱检测紫外吸收强度，制作双氧水浓度与紫外吸收强度的标准曲线；
采用紫外-可见分光光度法，银掺杂荧光碳量子点、胆固醇样品与胆固醇氧化酶反应后采用紫外分光光谱检测紫外吸收强度，利用标准曲线得到胆固醇的浓度；
所述银掺杂荧光碳量子点为上述方案所述的合成方法所合成的银掺杂荧光碳量子点或上述方案所述的银掺杂荧光碳量子点。
本申请提供了一种银掺杂荧光碳量子点的制备方法，其利于Mr-1细菌菌体作为碳源，采用水热法一步合成了水溶性荧光碳量子点，再利用水溶性荧光碳量子点的还原性原位合成了银掺杂荧光碳量子点。本申请制备的银掺杂荧光碳量子点可在双氧水的作用下发生氧化反应，使其最大紫外吸光波长处的吸光度发生变化；同时胆固醇在胆固醇氧化酶的作用下氧化成4-胆甾烯-3-酮并释放出双氧水，由此采用紫外-可见分光光度法建立了基于银掺杂荧光碳量子点体系的胆固醇检测方法。本申请提供的胆固醇的检测方法具有高灵敏度、专一性、反应迅速以及操作简单等优点。
附图说明
图1为实施例1制备的水溶性荧光碳量子点和银掺杂荧光碳量子点的TEM图；
图2为水溶性荧光碳量子点和银掺杂荧光碳量子点在日光灯下的照片(左)以及在365nm紫外光照射下的照片(右)；
图3为实施例1制备的水溶性荧光碳量子点和银掺杂荧光碳量子点的紫外-可见吸收光谱图；
图4为实施例2不同浓度H2O2作用下银掺杂荧光碳量子点紫外-可见吸收光谱图；
图5为实施例3不同浓度胆固醇在胆固醇氧化酶催化下释放的H2O2作用于银掺杂荧光碳量子点的紫外-可见吸收光谱图；
图6为实施例4的胆固醇的选择性检测图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对现有技术检测胆固醇的方法，本发明实施例公开了一种检测胆固醇的方法，该方法利用银掺杂荧光碳量子点检测胆固醇，由此，本申请首先提供了一种银掺杂荧光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将Mr-1细菌菌体与水进行水热反应，得到水溶性荧光碳量子点；
将水溶性荧光碳量子点与可溶性银盐进行原位反应，得到银掺杂荧光碳量子点。
本发明在制备银掺杂荧光碳量子点的过程中，以Mr-1细菌菌体(奥奈达希瓦氏菌)作为原料，采用一步水热法制备了水溶性荧光碳量子点，再利用水溶性荧光碳量子点原位还原合成了银掺杂荧光碳量子点。
具体的，本申请以培养得到的Mr-1细菌菌体作为原料制备水溶性荧光碳量子点，其中，所述Mr-1细菌菌体的培养方法具体为：
将Mr-1细菌菌种接种到装有LB培养基的锥形瓶中，放入28～30℃恒温摇床中以150～180r/min的转速中培养24～36h；
将培养好的Mr-1细菌菌种悬液于3～4℃、转速为4000～8000r/min中离心5～8min，取沉淀，得到Mr-1细菌菌体。
Mr-1是一种土壤铁还原菌，其对环境的适应性很强，在微生物产电领域通常被作为模式微生物进行研究；其本身具有还原某些金属离子的能力，此外该菌体是富含生物大分子的体系，可提供C、N元素。本申请中所述Mr-1细菌菌种为市售产品，具体由广东省生态环境技术研究所提供。
所述Mr-1细菌菌体与水的体积比为3mL：(3～4)mL；所述Mr-1与水混合之后置于反应釜中在密闭的条件下进行水热反应；其中，所述反应釜优选为聚四氟乙烯反应釜。所述水热反应的温度为160～200℃，所述水热反应的时间为18～24h。所述可溶性银盐为本领域技术人员熟知的银盐，对此本申请没有特别的限制；在具体实施例中，所述可溶性银盐选自硝酸银。
在水热反应之后，需要将水热反应后的产物离心，将得到的上层清液冷冻干燥，得到水溶性荧光碳量子点。所述离心的转速为8000～12000r/min，更优选为10000r/min；所述离心的温度为3～4℃，时间为5～8min。所述冷冻干燥为本领域技术人员熟知的冷冻干燥的方式，对此本申请没有特别的限制。
在得到水溶性荧光碳量子点后，则将其与可溶性银盐原位反应，得到银掺杂荧光碳量子点。所述原位反应是以水溶性荧光碳量子点作为还原剂，原位还原银离子，由此得到银掺杂的荧光碳量子点。
在上述过程中，所述原位反应采用的反应器为250mL的圆底烧瓶，其外壁包覆有锡纸以使反应器避光。所述水溶性荧光碳量子点的体积与可溶性银盐溶液(0.5M)的体积比为100mL：0.8mL。所述原位反应的温度为65～80℃，时间为10～12h。本申请直接将碳量子点溶液与硝酸银溶液混合在65～80℃下水浴反应10～12h，在此过程中碳量子点颗粒先对银离子进行吸附，然后将银离子还原成银单质，实现水溶性碳量子点与可溶性银盐的原位反应。
在原位反应后，本申请将反应后得到的反应液在3～4℃，10000～14000r/min离心8～10min，得到的沉淀即为银掺杂荧光碳量子点。
本申请还提供了一种银掺杂荧光碳量子点，其由水溶性荧光碳量子点与可溶性银盐制备得到，所述水溶性荧光碳量子点由Mr-1细菌菌体与水制备得到。
本申请提供的银掺杂荧光碳量子点为银灰色固体，其在365nm紫外灯照射下发蓝色荧光，最大吸收峰在480nm处。若将所述银掺杂荧光碳量子点溶解于水中，则会得到银灰色液体。
本申请还提供了上述银掺杂荧光碳量子点在检测胆固醇中的应用。
示例的，本发明还提供了一种检测胆固醇的方法，包括以下步骤：
采用紫外-可见分光光度法，在480nm处在胆固醇氧化酶存在的条件下，利用上述银掺杂荧光碳量子点检测待测样品中的胆固醇。
具体的，提取待测样品中的胆固醇，胆固醇氧化酶用PBS缓冲液溶解；将待测样品中提取的胆固醇溶液于10mL试管中，再加入固醇氧化酶溶液在40℃下水溶震荡反应30min待用；分别将银掺杂荧光碳量子点、反应完全提取得到的胆固醇溶液、BR缓冲液混合反应15min后进行紫外检测。
在上述过程中，所述PBS缓冲液与所述BR缓冲液为本领域技术人员熟知的缓冲液，其配制过程本申请不进行限制。本申请上述PBS缓冲液与BR缓冲液可调节合适的pH溶液环境及提高复合物的溶解度。
其中，本申请利用银掺杂荧光碳量子点检测胆固醇的原理为：银掺杂荧光碳量子点在480nm有紫外吸收峰，在胆固醇氧化酶存在的情况下可以氧化胆固醇生成H2O2，当加入H2O2后银掺杂荧光碳量子点在480nm处的紫外吸收减小，以此来检测H2O2，由此实现胆固醇的检测。
上述具体检测方法只能检测到样品中含有胆固醇，若对待测样品中的胆固醇进行定量检测，优选采用外标法进行H2O2以及胆固醇标准曲线的制作，具体为：
1)将H2O2的标准样品配置不同浓度的H2O2水溶液，通过与银掺杂荧光碳量子点混合后，得到混合溶液，所述混合溶液经过紫外分光光谱检测，得到不同的紫外吸收，从而得到H2O2浓度与紫外吸收强度的标准曲线；
在具体实施例中，上述混合溶液中银掺杂荧光碳量子点的浓度优选为0.01～0.08mg/mL，H2O2的最终浓度分别为0μM，8μM，15μM，20μM，25μM，30μM，50μM，65μM，85μM。
2)将胆固醇的标准样品配置成不同浓度的胆固醇溶液加入相同浓度的胆固醇氧化酶溶液反应完全后，通过与银掺杂荧光碳量子点混合，得到混合溶液，所述混合溶液经过紫外分光光谱检测，得到不同的紫外吸收，从而得到胆固醇浓度与紫外吸收强度的标准曲线。
在具体实施例中，上述混合溶液中银掺杂荧光碳量子点的浓度为0.01～0.08mg/mL，胆固醇的最终浓度分别为0μM，2μM，6μM，10μM，15μM，20μM，25μM，35μM，45μM，55μM。
本发明利用银掺杂荧光碳量子点检测胆固醇，通过对葡萄糖、维生素C、维生素E、卵磷脂、脑磷脂、乳蛋白以及胆固醇进行检测，实验结果表明银掺杂荧光碳量子点对胆固醇的选择性明显。
本发明提供的胆固醇检测方法可用于各种含有胆固醇的物质中胆固醇的定性定量检测，具体的，待测物质可以为牛奶等乳制品。
本发明制备了一种银掺杂荧光碳量子点，该银掺杂荧光碳量子点以Mr-1细菌菌体为原料采用一步水热法制备的水溶性荧光碳量子点，再经过原位合成得到银掺杂荧光碳量子点，该方法简单、快速、易操作。本申请制备的银掺杂荧光碳量子点为银灰色固体，其在365nm紫外灯照射下有蓝色荧光，最大吸收峰在480nm处。本发明以该合成的银掺杂荧光碳量子点用于胆固醇的检测，简单快捷，为胆固醇的检测提供了新方法。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的银掺杂荧光碳量子点的制备方法及其应用进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例中H2O2和胆固醇均为国产分析纯。
实施例1
1)将来自广东省生态环境技术研究所Mr-1细菌菌种接种到灭菌后放有LB培养基的锥形瓶中，放入恒温摇床中以160r/min，28～30℃，培养34～36小时；将培养好的Mr-1细菌，在3～4℃温度下，转速为6000r/min，离心5～8min，取沉淀，得到Mr-1细菌菌体；
2)将得到的Mr-1细菌菌体与水的体积比为3mL：(3～4)mL混合进行水热反应，水热反应的温度为160～200℃，反应的时间为18～24小时；水热反应结束之后将所述水热反应产物在3～4℃，10000r/min的条件下，离心5～8min取上层清液得到水溶性荧光碳量子点；对得到的水溶性荧光碳量子点进行透射电镜观察，结果见图1a，图1a为实施例1水溶性荧光碳量子点TEM图，其颗粒直径大小在3～8nm范围内；
3)取上述得到的水溶性荧光碳量子点溶液100mL与800μL的AgNO3(0.5M)溶液置于外壁包上锡纸进行避光处理的250mL圆底烧瓶中，置于65～80℃的恒温水浴锅里反应10～12h；反应完后，将所得反应液在3～4℃条件下，经过12000r/min离心8～10min，得到沉淀即为银掺杂荧光碳量子点。对得到的银掺杂荧光碳量子点进行透射电镜观察，结果见图1b，图1b实施例1为银掺杂荧光碳量子点TEM图。
将上述制备得到的水溶性荧光碳量子点以及银掺杂荧光碳量子点进行紫外-可见吸收光谱分析，结果如图3所示；由图3a可知，水溶性荧光碳量子点的紫外特征吸收峰在260nm，由图2b可知，银掺杂荧光碳量子点最大吸收峰在480nm。
将上述制备得到的水溶性荧光碳量子点和银掺杂荧光碳量子点溶液在365nm紫外灯下照射，结果见图2；图2a为水溶性荧光碳量子点水溶液在日光灯下的照片(左)和为在365nm紫外光照射下的照片(右)；图2b为银掺杂荧光碳量子点溶液在日光灯下的照片(左)以及在365nm紫外光照射下的照片(右)。
实施例2
银掺杂荧光碳量子点检测H2O2标准曲线的制作：
配制0.04mM，pH＝5.0的BR缓冲溶液。
用微量移液器分别取500μL银掺杂荧光碳量子点溶液，各个浓度的H2O2溶液以及BR缓冲液总体积为3mL于试管中反应15min，使最终的H2O2浓度分别为0μM，8μM，15μM，20μM，25μM，30μM，50μM，65μM，85μM；反应结束后将上述混合液振荡均匀后用比色皿进行紫外检测。结果见图4，图4为对不同浓度进行检测图与H2O2标准曲线，所测H2O2浓度在8～80μM范围内成线性关系，最低检出限为100nM。
实施例3
银掺杂荧光碳量子点检测不同浓度胆固醇在胆固醇氧化酶催化下释放的H2O2标准曲线的制作：
配制0.04mM，pH＝5.0的BR缓冲溶液：
配制0.02mM，pH＝7.4的PBS缓冲溶液，取0.2mg胆固醇氧化酶于1mLPBS中制成胆固醇氧化酶溶液(0.2mg/mL)；
取0.31g的胆固醇标准品用异丙醇溶解定容至10mL，配成80mM的胆固醇溶液作为母液。
取2mL各个浓度的胆固醇溶液于10mL试管中，分别加入80μL胆固醇氧化酶溶液(0.2mg/mL)在40℃下水溶震荡反应30min后，加入500μL银掺杂荧光碳量子点以及BR缓冲液总体积为3mL，反应15min，使胆固醇的最终浓度分别为0μM，2μM，6μM，10μM，15μM，20μM，25μM，35μM，45μM，55μM；反应结束后将上述混合液振荡均匀后用比色皿进行紫外检测。
结果见图5。图5为不同浓度胆固醇在胆固醇氧化酶催化下释放的H2O2作用于银掺杂荧光碳量子点的紫外-可见吸收光谱图以及胆固醇浓度曲线，由图可知，所测胆固醇浓度在0.8～10μg/mL范围内成线性关系，最低检出限为0.5μg/mL。
实施例4
1)配制0.04mM，pH＝5.0的BR缓冲溶液；
配制0.02mM，pH＝7.4的PBS缓冲溶液，取0.2mg胆固醇氧化酶于1mLPBS中制成胆固醇氧化酶溶液(0.2mg/mL)；
分别称取胆固醇(0.10g)、葡萄糖(0.10g)、维生素C(0.10g)、维生素E(0.10g)、卵磷脂(0.10g)、脑磷脂(0.10g)、乳蛋白(0.10g)，配成浓度都为1g/L溶液；
2)胆固醇的选择性检测：
向离心管中分别加入0.5μL的胆固醇溶液，0.5μL的葡萄糖溶液，0.5μL的维生素C溶液，0.5μL卵磷脂，0.5μL脑磷脂，0.5μL乳蛋白和0.5μL的维生素E溶液，再加入80μL的胆固醇氧化酶(0.2mg/mL)，在40℃下反应30min；反应完后分别加入500μL银掺杂荧光碳量子点以及BR缓冲液总体积为3mL，使最终的各种物质的浓度为0.167mg/mL，在40℃下反应15min。
反应结束后将上述混合液振荡均匀后用比色皿中进行紫外检测。结果见图6，图6为实施例4的胆固醇的选择性检测图；由图6可知，在同一浓度下的胆固醇、葡萄糖、维生素C、维生素E、卵磷脂、脑磷脂、乳蛋白这七种物质中，胆固醇使银掺杂荧光碳量子点在480nm处的紫外吸收减少最大，对胆固醇的检测具有很好的选择性。
实施例5对牛奶中的胆固醇进行实际样品检测
对牛奶中的胆固醇按照已报道方法进行提取待用，具体方法是：
皂化：准确称取样品7.5g，于250mL平底烧瓶中，加入30mL无水乙醇和10mL KOH(60g/100mL)溶液，将试样置恒温磁力搅拌器上150℃，400r/min皂化回流1h，皂化结束后，用5mL无水乙醇自冷凝管顶端冲洗其内部，取下烧瓶，冷却至室温；
提取：将平底烧瓶中的全部皂化液转移到250mL分液漏斗中，用25～30mL水分2～3次冲洗平底烧瓶，合并入分液漏斗中；再用40mL的石油醚和乙醚混合液(体积比为1∶1)分2～3次冲洗平底烧瓶，合并入分液漏斗中振摇2min，静置，分层；转移水相于第2个分液漏斗中，再用30mL石油醚和乙醚混合液(体积比为1∶1)重复提取2次，弃去水相，合并3次有机相，用蒸馏水洗涤提取液至中性，将所得提取液转移至150mL平底烧瓶中。
浓缩：将上述平底烧瓶中的提取液在真空45℃条件下水浴蒸发干燥，用无水乙醇溶解并转移至100mL容量瓶中定容至刻度，摇匀，所得溶液通过0.45μm滤膜过滤，即得牛奶样品中提取的胆固醇待测液。
配制0.04mM，pH＝5.0的BR缓冲溶液；
配制0.02mM，pH＝7.4的PBS缓冲溶液，取0.2mg胆固醇氧化酶于1mLPBS中制成胆固醇氧化酶溶液(0.2mg/mL)；
取牛奶提取物2mL加入80μL胆固醇氧化酶溶液中(0.2mg/mL)，在40℃下反应30min后加入500μL银掺杂荧光碳量子点和BR缓冲液总体积为3mL，在40℃下反应15min；反应结束后将上述混合液振荡均匀后用比色皿中进行紫外检测。结果如下表所示：
表1利用银掺杂荧光碳量子点检测牛奶中胆固醇的结果数据表
用该方法检测牛奶中胆固醇浓度对市售品牌纯牛奶进行检测，检测得到牛奶中胆固醇含量为14.08(mg/100g)，达到了市场上牛奶胆固醇的基本含量，符合国家规定奶制品胆固醇含量要求。由此证明基于胆固醇和胆固醇氧化酶反应生成的过氧化氢与银掺杂荧光碳量子点最大吸收峰强度成线性关系，可以建立一种简单、快速、专一且高灵敏检测胆固醇的新方法。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。