一种功能性荧光碳点及其制备和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及荧光碳纳米材料，具体地说是在咖啡，可乐中存在的荧光碳纳米粒子。
【背景技术】
[0002]纳米材料具有良好的光学性能并在生物技术领域受到了越来越多的关注。其中，在生物检测、传感、造影、细胞化学、免疫组织化学等诸多的应用领域中，纳米材料的荧光标记技术近年来得到良好的发展，并成为实现上述功能的一种最主要的技术手段。但传统的荧光标记材料有机合成过程较复杂，生物相容性较差，在水中的溶解度很低，使其在水相中的应用受到了一定程度的限制。荧光纳米粒子的相关研究正是在这种背景下逐渐受到国内外学者的关注，并在近年得到了快速发展。荧光纳米材料——半导体量子点的光稳定性和水溶性优越，但是最近通过对纳米粒子在生物体内影响和生物安全性的研究，人们发现除了含毒性元素的纳米粒子(如CdSe)在生物体内具有毒副作用外，其他生物性良好的纳米材料(如S1、Zn0、Si02、Au等)也表现出了一定的毒性，而且其毒性主要决定于纳米材料的粒径、化学组成、电荷性、亲水性、团聚性以及形貌等。随着对纳米材料的进一步研究发现一种新型的突光材料-碳纳米突光材料。碳纳米材料包括:零维的碳点、富勒烯、一维的碳纳米管，二维的石墨烯。碳元素在自然界中广泛存在，并且是广泛存在于有机体中，是生物体构成的重要元素，所以碳纳米材料相对于其他纳米材料的来源可定会更为广泛。碳点就是克莱德森大学研究者2004年在一次实验中发现的一种新型的碳材料，与传统的半导体量子点和传统的有机颜料相比，这位碳家族中的新成员不仅保持了碳材料毒性小，生物相容性良好，粒径较小等优点。另外，碳纳米颗粒还易于实现表面功能化、发光稳定以及荧光上转换等优点，所以荧光碳纳米颗粒被认为是一种最为理想的荧光标记或检测材料。现在已报道碳点合成中存在的问题包括如下几个方面:
[0003](I)合成材料选择问题(文献 3:Pin_Che Hsu and Huan-Tsung Chang.ChemComm, 2012, 48, 3984 - 3986.文献 4:Swagatika Sahu, Birendra Behera,TapasK.ChemComm, 2012，48，8835 - 8837)。碳点合成原料主要有石墨，草木灰，油烟等，原料来源广泛易得并且价格低廉，但量子产率较低，对以后生物材料的应用带来很多问题。天然糖类、EDTA和TRIS量子产率虽然很高，但是合成材料昂贵，不利于碳点的大规模生产及应用。
[0004](2)合成方法问题。现在用的最为普遍的合成方法是水热法和微波法(文献1:Swagatika Sahu, Birendra Behera.ChemComm., 2012, 48, 8835 - 8837.文献 2:XinyunZhai, Peng Zhang, Changjun Liu.ChemComm., 2012, 48, 7955 - 7957.)水热法的合成时间通常较长，并需要在较高温度下反应，但量子产率通常较低。微波法合成时间较短，但合成过程中有辐射，对环境造成污染，并不是一种绿色的合成方法。这两种合成方法通常成本很高。并且这两种方法合成的碳点通常都需要过柱提纯或透析除杂。
[0005]食品的主要成分是碳水化合物，而且在其加工过程中，经炒制，发酵，烘焙，高温灭菌等处理，碳点本身以在加工过程中形成，无需进行特意的合成。并且食品被人类食用几十甚至上百年，无毒副作用。人类对于食品来源的碳点安全是无需置疑的。食品来源的碳点的生物相容性优良，在生物成像应用方面将带来巨大的前景。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种在咖啡，可乐中提取的水溶性良好，生物相容性好，安全性高和价格低廉的碳点。
[0007]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]1.咖啡碳点
[0009]将2g雀巢原味咖啡溶解在20ml，88°C的热水中，离心分离(14*103rpm, 15min),去除沉淀，得上清液，过滤。通过葡聚糖G-25的凝胶柱子，分离提纯碳点。通过荧光分光光度计在300nm激发，收集有荧光碳点。并将收集的碳点进行真空冷冻干燥。并将样品进行性质表征，细胞标记和活体成像。
[0010]2.可乐碳点
[0011]将10ml的可口可乐和百事可乐分别放在磁力搅拌器上搅拌4h，搅拌速度为500rpm/min,使CO2气体释放出去。将样品分别通过0.45 μ m，0.22 μ m的滤膜，并将其放入冷冻干燥器中冻干。并将冻干的样品稀释至20ml。通过葡聚糖G-25的柱子分离提纯，通过荧光分光光度计在300nm激发，收集有荧光的组分并进行表征实验。
[0012]所述碳点在食品中直接提取无需合成，碳点成分全部来源咖啡，百事可乐，可口可乐中。所述碳点毒性极低基本无毒。
[0013]本发明具有如下优点:
[0014](I)本发明的碳点在咖啡，可乐的加工过程中已经形成，无须在进行特意的合成。省略了合成的步骤将大大提升工作效率。
[0015](2)本发明的咖啡，可乐碳点具有良好的生物相容性及荧光性质优越。
[0016](3)本发明的碳点具有极高的安全性。咖啡，可乐具有百年的历史，一直没有出现过安全问题，并被年轻人们所喜爱和饮用，所以可乐来源碳点的安全性是不容置疑的。
【附图说明】
[0017]图1是咖啡，可乐碳点的透射电子显微镜照片:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
[0018]图2是咖啡，可乐碳点的紫外，荧光光谱及荧光照片:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
[0019]图3是咖啡，可乐碳点的荧光寿命图:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
[0020]图4是咖啡，可乐碳点的上转换的荧光光谱:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
[0021]图5是咖啡，可乐碳点的XPS图谱:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
[0022]图6是咖啡，可乐碳点的FTIR图谱:a)咖啡，b)可口可乐和百事可乐。
[0023]图7是咖啡，可乐碳点的XRD的图谱:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
[0024]图8是咖啡，可乐碳点的离子强度稳定图:a)咖啡，b)可口可乐，c)百事可乐。
【具体实施方式】
[0025]采用咖啡，可乐作为原料。
[0026]咖啡碳点的制作将2g雀巢原味咖啡溶解在20ml，88 °C的热水中，离心分离(14*103rpm, 15min),去除沉淀,得上清液,过滤。通过葡聚糖G-25的凝胶柱子,分离提纯碳点。通过荧光分光光度计收集荧光强度较强的碳点。并将收集的碳点进行真空冷冻干燥。
[0027]可乐碳点的制作将10ml的可口可乐和百事可乐分别放在磁力搅拌器上搅拌4h，搅拌速度为500rpm/min,使CO2气体释放出去。样品分别通过0.45 μ m,0.22 μ m的滤膜,并将其放入冷冻干燥器中冻干。并将冻干的样品稀释至20ml。通过葡聚糖G-25的柱子分离提纯，通过荧光分光光度计在300nm激发，收集有荧光的组分。并冷冻干燥碳点。
[0028]下面通过实施例对本发明作进一步说明。
[0029]1.咖啡中碳点的提取
[0030]取4g的雀巢原味咖啡溶解于大约90 °C的纯净水中并高速离心(14000rpm,15min),依次通过0.45nm和0.22nm的过滤膜。用葡聚糖G-25的凝胶柱子进行分离提取。每次上样量为1ml，用荧光分光光度计在300nm激发测量荧光强度，取有荧光的组分，进行冷冻干燥24h。
[0031]2.可乐中碳点的提取
[0032]将10ml的可口可乐和百事可乐分别放在磁力搅拌器上搅拌，直至CO2气体全部释放。样品分别通过0.45 μ m，0.22 μ m的滤膜，并将其放入冷冻干燥器中冻干。并将冻干的样品稀释至20ml。通过葡聚糖G-25的柱子分离提纯，每次上样量1ml，将有荧光组分收集并将样品再次进行冷冻干燥。将干燥完成的样品进行表征实验。
[0033]3.咖啡，可乐碳点性质的表征
[0034](I)咖啡，可乐碳点的形态及大小尺寸
[0035]图1是咖啡，可乐碳点的透射电子显微镜照片，结果表明经过提纯处理的可乐碳点形态呈圆球形，分散状，大小均匀，咖啡碳点粒径尺寸集中在2-3