本發(fā)明屬于熒光材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，熒光碳納米材料因其具有良好的光學(xué)特性和細(xì)胞低毒性引起了科研工作者們的廣泛研究。它具有較好的光穩(wěn)定性，且無(wú)毒副離子的存在，適用于長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)和示蹤的實(shí)驗(yàn)，在生物標(biāo)記和分析檢測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。碳量子點(diǎn)(CQDs)呈現(xiàn)出的親水性、低細(xì)胞毒性、化學(xué)及光穩(wěn)定性等優(yōu)異性質(zhì)，使其在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、傳感學(xué)及光電子學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。

碳量子點(diǎn)的制備方法目前主要有兩種：自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即從較大的碳結(jié)構(gòu)剝落制備碳納米顆粒的物理方法，再通過(guò)聚合物表面鈍化的方式使其有效發(fā)光，主要包括電弧放電、激光剝蝕、電化學(xué)氧化、電子書(shū)輻射等。該方法往往需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件和特殊的能源，成本高，而且獲得的碳量子產(chǎn)率比較低。自下而上的合成方法，即通過(guò)熱解或碳化合適的前驅(qū)物直接合成熒光碳量子點(diǎn)，方法包括：燃燒法、熱液碳化法、超聲法等，但這類方法所采用的往往都是不可再生能源且需要嚴(yán)格的后期處理，所以也不利于持續(xù)并規(guī)模生產(chǎn)熒光碳量子點(diǎn)。因此，尋找廉價(jià)易得、天然無(wú)毒的原料，利用簡(jiǎn)易有效的方法快速制備異性優(yōu)異且高量子產(chǎn)率的碳量子點(diǎn)顯得尤其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，包括以下步驟：

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入1～3g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述前處理包括：去糖、洗滌、干燥。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，所述乙二醇水溶液濃度為：每15ml超純水中加入2g丙三醇。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述水溶性碳量子點(diǎn)應(yīng)用于生物標(biāo)記、生物傳感、熒光探針、防偽標(biāo)記以及免疫層析產(chǎn)品領(lǐng)域。

優(yōu)選的是，所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述前處理具體為：將甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣與磁化水，于氮?dú)夥諊?5℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述甘蔗渣重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過(guò)濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過(guò)程往爐中通入氮?dú)庵敝翞V渣冷卻，以保證灼燒過(guò)程和冷卻過(guò)程爐中均為氮?dú)夥諊?，即得?jīng)前處理的甘蔗渣。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1.本發(fā)明直接采用微波法進(jìn)行水溶性碳量子點(diǎn)的制備，碳源豐富、廉價(jià)，有利于對(duì)廢棄物的回收再利用，制備過(guò)程簡(jiǎn)易，制備全過(guò)程無(wú)污染、無(wú)毒、綠色環(huán)保，可大量制備。

2.本發(fā)明制備出的水溶性碳量子點(diǎn)具有水溶性好、熒光穩(wěn)定、生物相容性好，無(wú)污染、無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn)，在生物標(biāo)記、生物傳感和熒光探針等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

3.本發(fā)明制備的水溶性碳量子點(diǎn)量子產(chǎn)率高，高達(dá)94.5％。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的水溶性碳量子點(diǎn)的熒光激發(fā)和熒光發(fā)射圖譜；

圖2為實(shí)施例2制備的水溶性碳量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

實(shí)施例1

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入1g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述前處理包括：去糖、洗滌、干燥。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

實(shí)施例2

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入2g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述前處理包括：去糖、洗滌、干燥。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

實(shí)施例3

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入3g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述前處理包括：去糖、洗滌、干燥。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

實(shí)施例4

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入1g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述前處理具體為：將甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣與磁化水，于氮?dú)夥諊?5℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述甘蔗渣重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過(guò)濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過(guò)程往爐中通入氮?dú)庵敝翞V渣冷卻，以保證灼燒過(guò)程和冷卻過(guò)程爐中均為氮?dú)夥諊?，即得?jīng)前處理的甘蔗渣。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

實(shí)施例5

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入2g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述前處理具體為：將甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣與磁化水，于氮?dú)夥諊?5℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述甘蔗渣重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過(guò)濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過(guò)程往爐中通入氮?dú)庵敝翞V渣冷卻，以保證灼燒過(guò)程和冷卻過(guò)程爐中均為氮?dú)夥諊吹媒?jīng)前處理的甘蔗渣。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

實(shí)施例6

1)甘蔗渣前處理；

2)制備聚乙二醇水溶液，其濃度為：向每15ml超純水中加入3g丙三醇，將聚乙二醇溶液置于微波環(huán)境中，進(jìn)行微波處理，得清澈溶液備用；

3)將前處理得到的甘蔗渣加入所述步驟2)得到的清澈溶液中，攪拌；再置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理，得棕色溶液；

4)過(guò)濾所述棕色溶液，得濾液；

5)透析所述濾液，得透析液；

6)恒溫條件下將透析液蒸發(fā)得到水溶性碳量子點(diǎn)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟2)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為100℃，反應(yīng)功率為80W，反應(yīng)時(shí)間為5min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟3)中，置于微波環(huán)境下，進(jìn)行微波處理所，具體為：置于微波合成儀的反應(yīng)管中，且溫度為160℃，反應(yīng)功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為25min。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟6)中，蒸發(fā)，具體為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)；恒溫，為恒溫60℃。

所述前處理具體為：將甘蔗渣粉碎，按重量比1:1混合甘蔗渣與磁化水，于氮?dú)夥諊?5℃蒸煮3h，向其中加入纖維素酶，所述纖維素酶重量為所述甘蔗渣重量的3％，混合均勻，30℃保持60min，過(guò)濾，得濾渣；混合再高壓擠壓至濾渣含水量低于8％；將濾渣置于爐中進(jìn)行灼燒處理，再自然冷卻，灼燒過(guò)程往爐中通入氮?dú)庵敝翞V渣冷卻，以保證灼燒過(guò)程和冷卻過(guò)程爐中均為氮?dú)夥諊?，即得?jīng)前處理的甘蔗渣。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述透析，具體為采用剪切分子量1000的透析袋，透析48小時(shí)。

所述的微波合成水溶性碳量子點(diǎn)的方法，所述步驟4)中，采用砂芯漏斗進(jìn)行過(guò)濾。

免疫層析分析試驗(yàn)

本發(fā)明制備得到的水溶性碳量子點(diǎn)可以和抗體結(jié)合進(jìn)行免疫層析分析?？贵w結(jié)合的熒光碳量子點(diǎn)越多，對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度越強(qiáng)，利用其熒光信號(hào)的強(qiáng)弱可以進(jìn)行定量分析。

現(xiàn)在對(duì)實(shí)施例2制備得到的水溶性碳量子點(diǎn)進(jìn)行以下免疫層析分析試驗(yàn)：

(1)在緩沖液體系下，通過(guò)二環(huán)已基二亞胺(DCC)或者二異丙基碳二亞胺(DIC)處理可以與鏈酶親和素交聯(lián)，然后與生物素標(biāo)記的抗體結(jié)合，獲得結(jié)合水溶性碳量子點(diǎn)的抗體。

(2)免疫層析試紙條包括依次設(shè)置的加樣區(qū)、結(jié)合物釋放區(qū)、反應(yīng)區(qū)和吸水區(qū)；所述結(jié)合物釋放區(qū)為包被結(jié)合有水溶性碳量子點(diǎn)的抗體的結(jié)合物釋放墊；所述反應(yīng)區(qū)為分為測(cè)試區(qū)和控制區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)為測(cè)試區(qū)包被與抗體結(jié)合的抗原、控制區(qū)包被抗鼠IgG抗體的固體支持物。

(3)將結(jié)合水溶性碳量子點(diǎn)的抗體噴涂在結(jié)合物釋放墊上獲得結(jié)合物釋放區(qū)；

將抗原和抗鼠IgG抗體噴涂在反應(yīng)區(qū)的固體支持物上，分別形成測(cè)試區(qū)、控制區(qū)獲得反應(yīng)區(qū)；

將加樣區(qū)、結(jié)合物釋放區(qū)、反應(yīng)區(qū)和吸水區(qū)依次相互搭接的粘貼在背襯上即得。

其中，本發(fā)明所述免疫層析試劑盒中免疫層析試紙條上噴涂的抗原針對(duì)不同檢測(cè)物可以選擇與檢測(cè)物相適應(yīng)的抗原。

二、防偽標(biāo)記試驗(yàn)

將實(shí)施例2制備的水溶性碳量子點(diǎn)加入純水中，制備濃度為2mg/mL水溶性碳量子點(diǎn)水溶液2mL，將其與5mL聚乙烯醇(5.0wt％)混合，將混合后的溶液用刷子均勻涂布到玻璃片上，之后將玻璃片置于65℃烘箱中1小時(shí)，取出玻璃片拍照，經(jīng)過(guò)對(duì)比可知，玻璃片在自然光下沒(méi)有任何顏色，而在365nm紫外燈下可見(jiàn)明亮的綠色熒光，故碳量子點(diǎn)可用作防偽標(biāo)記。

根據(jù)圖2中水溶性碳量子點(diǎn)構(gòu)成直線的斜率和硫酸奎寧點(diǎn)構(gòu)成直線的斜率的比值乘以硫酸奎寧的量子產(chǎn)率(硫酸奎寧為標(biāo)準(zhǔn)量，其量子產(chǎn)率為54％)可以計(jì)算得出本發(fā)明的量子產(chǎn)率為94.5％。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。