一種功能性熒光碳點(diǎn)及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熒光碳納米材料，具體地說(shuō)是在咖啡，可樂(lè)中存在的熒光碳納米粒子。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料具有良好的光學(xué)性能并在生物技術(shù)領(lǐng)域受到了越來(lái)越多的關(guān)注。其中，在生物檢測(cè)、傳感、造影、細(xì)胞化學(xué)、免疫組織化學(xué)等諸多的應(yīng)用領(lǐng)域中，納米材料的熒光標(biāo)記技術(shù)近年來(lái)得到良好的發(fā)展，并成為實(shí)現(xiàn)上述功能的一種最主要的技術(shù)手段。但傳統(tǒng)的熒光標(biāo)記材料有機(jī)合成過(guò)程較復(fù)雜，生物相容性較差，在水中的溶解度很低，使其在水相中的應(yīng)用受到了一定程度的限制。熒光納米粒子的相關(guān)研究正是在這種背景下逐漸受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并在近年得到了快速發(fā)展。熒光納米材料——半導(dǎo)體量子點(diǎn)的光穩(wěn)定性和水溶性優(yōu)越，但是最近通過(guò)對(duì)納米粒子在生物體內(nèi)影響和生物安全性的研究，人們發(fā)現(xiàn)除了含毒性元素的納米粒子(如CdSe)在生物體內(nèi)具有毒副作用外，其他生物性良好的納米材料(如S1、Zn0、Si02、Au等)也表現(xiàn)出了一定的毒性，而且其毒性主要決定于納米材料的粒徑、化學(xué)組成、電荷性、親水性、團(tuán)聚性以及形貌等。隨著對(duì)納米材料的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)一種新型的突光材料-碳納米突光材料。碳納米材料包括:零維的碳點(diǎn)、富勒烯、一維的碳納米管，二維的石墨烯。碳元素在自然界中廣泛存在，并且是廣泛存在于有機(jī)體中，是生物體構(gòu)成的重要元素，所以碳納米材料相對(duì)于其他納米材料的來(lái)源可定會(huì)更為廣泛。碳點(diǎn)就是克萊德森大學(xué)研究者2004年在一次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一種新型的碳材料，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)和傳統(tǒng)的有機(jī)顏料相比，這位碳家族中的新成員不僅保持了碳材料毒性小，生物相容性良好，粒徑較小等優(yōu)點(diǎn)。另外，碳納米顆粒還易于實(shí)現(xiàn)表面功能化、發(fā)光穩(wěn)定以及熒光上轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，所以熒光碳納米顆粒被認(rèn)為是一種最為理想的熒光標(biāo)記或檢測(cè)材料。現(xiàn)在已報(bào)道碳點(diǎn)合成中存在的問(wèn)題包括如下幾個(gè)方面:
[0003](I)合成材料選擇問(wèn)題(文獻(xiàn) 3:Pin_Che Hsu and Huan-Tsung Chang.ChemComm, 2012, 48, 3984 - 3986.文獻(xiàn) 4:Swagatika Sahu, Birendra Behera,TapasK.ChemComm, 2012，48，8835 - 8837)。碳點(diǎn)合成原料主要有石墨，草木灰，油煙等，原料來(lái)源廣泛易得并且價(jià)格低廉，但量子產(chǎn)率較低，對(duì)以后生物材料的應(yīng)用帶來(lái)很多問(wèn)題。天然糖類、EDTA和TRIS量子產(chǎn)率雖然很高，但是合成材料昂貴，不利于碳點(diǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。
[0004](2)合成方法問(wèn)題?，F(xiàn)在用的最為普遍的合成方法是水熱法和微波法(文獻(xiàn)1:Swagatika Sahu, Birendra Behera.ChemComm., 2012, 48, 8835 - 8837.文獻(xiàn) 2:XinyunZhai, Peng Zhang, Changjun Liu.ChemComm., 2012, 48, 7955 - 7957.)水熱法的合成時(shí)間通常較長(zhǎng)，并需要在較高溫度下反應(yīng)，但量子產(chǎn)率通常較低。微波法合成時(shí)間較短，但合成過(guò)程中有輻射，對(duì)環(huán)境造成污染，并不是一種綠色的合成方法。這兩種合成方法通常成本很高。并且這兩種方法合成的碳點(diǎn)通常都需要過(guò)柱提純或透析除雜。
[0005]食品的主要成分是碳水化合物，而且在其加工過(guò)程中，經(jīng)炒制，發(fā)酵，烘焙，高溫滅菌等處理，碳點(diǎn)本身以在加工過(guò)程中形成，無(wú)需進(jìn)行特意的合成。并且食品被人類食用幾十甚至上百年，無(wú)毒副作用。人類對(duì)于食品來(lái)源的碳點(diǎn)安全是無(wú)需置疑的。食品來(lái)源的碳點(diǎn)的生物相容性優(yōu)良，在生物成像應(yīng)用方面將帶來(lái)巨大的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種在咖啡，可樂(lè)中提取的水溶性良好，生物相容性好，安全性高和價(jià)格低廉的碳點(diǎn)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]1.咖啡碳點(diǎn)
[0009]將2g雀巢原味咖啡溶解在20ml，88°C的熱水中，離心分離(14*103rpm, 15min),去除沉淀，得上清液，過(guò)濾。通過(guò)葡聚糖G-25的凝膠柱子，分離提純碳點(diǎn)。通過(guò)熒光分光光度計(jì)在300nm激發(fā)，收集有熒光碳點(diǎn)。并將收集的碳點(diǎn)進(jìn)行真空冷凍干燥。并將樣品進(jìn)行性質(zhì)表征，細(xì)胞標(biāo)記和活體成像。
[0010]2.可樂(lè)碳點(diǎn)
[0011]將10ml的可口可樂(lè)和百事可樂(lè)分別放在磁力攪拌器上攪拌4h，攪拌速度為500rpm/min,使CO2氣體釋放出去。將樣品分別通過(guò)0.45 μ m，0.22 μ m的濾膜，并將其放入冷凍干燥器中凍干。并將凍干的樣品稀釋至20ml。通過(guò)葡聚糖G-25的柱子分離提純，通過(guò)熒光分光光度計(jì)在300nm激發(fā)，收集有熒光的組分并進(jìn)行表征實(shí)驗(yàn)。
[0012]所述碳點(diǎn)在食品中直接提取無(wú)需合成，碳點(diǎn)成分全部來(lái)源咖啡，百事可樂(lè)，可口可樂(lè)中。所述碳點(diǎn)毒性極低基本無(wú)毒。
[0013]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)本發(fā)明的碳點(diǎn)在咖啡，可樂(lè)的加工過(guò)程中已經(jīng)形成，無(wú)須在進(jìn)行特意的合成。省略了合成的步驟將大大提升工作效率。
[0015](2)本發(fā)明的咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)具有良好的生物相容性及熒光性質(zhì)優(yōu)越。
[0016](3)本發(fā)明的碳點(diǎn)具有極高的安全性。咖啡，可樂(lè)具有百年的歷史，一直沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)安全問(wèn)題，并被年輕人們所喜愛(ài)和飲用，所以可樂(lè)來(lái)源碳點(diǎn)的安全性是不容置疑的。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的透射電子顯微鏡照片:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
[0018]圖2是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的紫外，熒光光譜及熒光照片:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
[0019]圖3是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的熒光壽命圖:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
[0020]圖4是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換的熒光光譜:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
[0021]圖5是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的XPS圖譜:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
[0022]圖6是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的FTIR圖譜:a)咖啡，b)可口可樂(lè)和百事可樂(lè)。
[0023]圖7是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的XRD的圖譜:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
[0024]圖8是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的離子強(qiáng)度穩(wěn)定圖:a)咖啡，b)可口可樂(lè)，c)百事可樂(lè)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]采用咖啡，可樂(lè)作為原料。
[0026]咖啡碳點(diǎn)的制作將2g雀巢原味咖啡溶解在20ml，88 °C的熱水中，離心分離(14*103rpm, 15min),去除沉淀,得上清液,過(guò)濾。通過(guò)葡聚糖G-25的凝膠柱子,分離提純碳點(diǎn)。通過(guò)熒光分光光度計(jì)收集熒光強(qiáng)度較強(qiáng)的碳點(diǎn)。并將收集的碳點(diǎn)進(jìn)行真空冷凍干燥。
[0027]可樂(lè)碳點(diǎn)的制作將10ml的可口可樂(lè)和百事可樂(lè)分別放在磁力攪拌器上攪拌4h，攪拌速度為500rpm/min,使CO2氣體釋放出去。樣品分別通過(guò)0.45 μ m,0.22 μ m的濾膜,并將其放入冷凍干燥器中凍干。并將凍干的樣品稀釋至20ml。通過(guò)葡聚糖G-25的柱子分離提純，通過(guò)熒光分光光度計(jì)在300nm激發(fā)，收集有熒光的組分。并冷凍干燥碳點(diǎn)。
[0028]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]1.咖啡中碳點(diǎn)的提取
[0030]取4g的雀巢原味咖啡溶解于大約90 °C的純凈水中并高速離心(14000rpm,15min),依次通過(guò)0.45nm和0.22nm的過(guò)濾膜。用葡聚糖G-25的凝膠柱子進(jìn)行分離提取。每次上樣量為1ml，用熒光分光光度計(jì)在300nm激發(fā)測(cè)量熒光強(qiáng)度，取有熒光的組分，進(jìn)行冷凍干燥24h。
[0031]2.可樂(lè)中碳點(diǎn)的提取
[0032]將10ml的可口可樂(lè)和百事可樂(lè)分別放在磁力攪拌器上攪拌，直至CO2氣體全部釋放。樣品分別通過(guò)0.45 μ m，0.22 μ m的濾膜，并將其放入冷凍干燥器中凍干。并將凍干的樣品稀釋至20ml。通過(guò)葡聚糖G-25的柱子分離提純，每次上樣量1ml，將有熒光組分收集并將樣品再次進(jìn)行冷凍干燥。將干燥完成的樣品進(jìn)行表征實(shí)驗(yàn)。
[0033]3.咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)性質(zhì)的表征
[0034](I)咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的形態(tài)及大小尺寸
[0035]圖1是咖啡，可樂(lè)碳點(diǎn)的透射電子顯微鏡照片，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)提純處理的可樂(lè)碳點(diǎn)形態(tài)呈圓球形，分散狀，大小均勻，咖啡碳點(diǎn)粒徑尺寸集中在2-3