以烟秆为原料的荧光碳量子点的制备方法及应用与流程

本发明涉及纳米材料与生物技术领域，尤其是一种以烟秆为原料的荧光碳量子点的制备方法及应用。

背景技术：

量子点(quantumdots,qds)一般为球星或类球形，是由半导体材料制成的，稳定直径在2～20nm的纳米粒子。作为一种新颖的半导体纳米材料，量子点具有许多独特的纳米性质。碳量子点与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光，但不同于某些金属量子点含有高毒金属，对人体和环境危害较大。碳量子点主要成分为碳元素，碳量子点无毒，对环境的危害小，造价也更便宜。

碳量子点的制备方法主要包括自上而下法和自下而上法两种。自上而下的方法包括像电子辐射，电化学氧化，激光剥蚀等等，该类方法试验操作条件严格，成本很高，且一般量子产率不高。自下而上的方法包括燃烧，热液碳化法，微波法，超声法等等。该方法的优势在于可以寻找廉价的碳源作为量子点合成原料，降低成本的同时，又能实现可持续发展以及环境友好，同时无毒。同时可以在制备过程中参杂其他成分，且量子产率较高。高量子产率的碳量子点在细胞成像以及载药方面的应用更大。生物质能源在自然界中广泛存在，价格低廉，易于获得。烟草在云南广泛种植面积较大，烟叶成熟采收后，遗留的烟秆量大，不易处理。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种以烟秆为原料的荧光碳量子点的制备方法及应用，它既扩展了生物质用于生物技术领域的应用，又避免焚烧保护了环境，并建立一种操作简单、设备简易、原料绿色环保的制备方法。

本发明还提供了将所述的碳量子点作为荧光探针，用于离子药物分析及细胞成像的应用。

本发明是这样实现的：以烟秆为原料的荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量份数计算，取1-10份烟秆，在35-50℃烘干至恒重，向烘干至恒重的烟秆中加入30-50份水，获得加水的烟杆；

2)将加水的烟秆放入水热反应釜中，并在120-240℃的烘箱内反应18-48h，获得反应液；

3)将步骤2)获得的反应液与大颗粒杂质分离在8000rpm条件下离心15min分离并置于透析袋中透析24-72h，每隔6h换一次水，即获得荧光碳量子点。

所述的荧光碳量子点在革兰氏阳性菌的死活鉴定中的应用。

所述的荧光碳量子点在革兰氏阴性菌的死活鉴定中的应用。

所述的荧光碳量子点在酵母菌的死活鉴定中的应用。

所述的荧光碳量子点在丝状真菌的死活鉴定中的应用。

所述的荧光碳量子点在细胞成像中的应用。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用烟秆为原料来制备获得荧光碳量子点，其制备方法操作步骤简单，不需要经过表面钝化剂处理或修饰即可得到荧光碳量子点，采用的生物质在自然界中广泛存在，价廉易得，来源广泛，环保性好。本发明所制得的目标荧光碳量子点在水溶液中都具有良好的溶解度和分散性，在光照下稳定，并且产率较高，以硫酸奎宁(量子产率54％)为参照物，所得碳量子点的量子效率一般在34％。

图1为实施例1中碳荧光量子点的荧光图谱以及荧光成像图；

图2为实施例1中碳荧光量子点的透射电镜图；

图3为实施例1中碳荧光量子点的粒径分布图；

图4为实施例1中碳荧光量子点的红外光谱图；

图5为实施例2中碳荧光量子点对乳酸细菌死活染色结果(激发波长为552)，其中a图为死菌b图为活菌；

图6为实施例2中碳荧光量子点对乳酸细菌死活染色结果(激发波长为488)，其中a图为死菌b图为活菌；

图7为实施例3中碳荧光量子点对大肠杆菌死活染色结果(激发波长为552)，其中a图为死菌b图为活菌；

图8为实施例3中碳荧光量子点对大肠杆菌死活染色结果(激发波长为488)，其中a图为死菌b图为活菌；

图9为实施例5中碳荧光量子点对酵母菌死活染色结果(激发波长为552)，其中a图为死菌b图为活菌；

图10为实施例5中碳荧光量子点对酵母菌死活染色结果(激发波长为488)，其中a图为死菌b图为活菌；

图11为实施例4中碳荧光量子点对里氏木霉死活染色结果(激发波长为552)，其中a图为死菌b图为活菌；

图12为为实施例4中碳荧光量子点对里氏木霉死活染色结果(激发波长为488)，其中a图为死菌b图为活菌；

图13为实施例7中碳荧光量子点对a549细胞染色结果(激发波长为552(a)与488(b)。

具体实施方式

本发明的实施例：

实施例1：以烟秆为原料的荧光碳量子点的制备方法，

1)取10g烟秆，在40℃烘干至恒重，向烘干至恒重的烟杆中加入40ml水；

2)将加水的烟秆放入100ml的水热反应釜中，并在180℃的烘箱内反应36h，获得反应液；

3)将步骤2)获得的反应液与大颗粒杂质分离在8000rpm条件下离心15min分离并置于透析袋中透析48h，每隔6h换一次水，即获得荧光碳量子点，将获得的荧光碳量子点的水溶液经真空冷冻干燥机冻干备用。对碳量子点进行荧光光谱检测，透射电镜观察，粒径分析以及红外检测，结果见图1-4。图1荧光光谱表明该碳点在525nm处有最大吸收峰，紫外光下照射发出蓝色荧光(图1内)，透射电竞以及粒径统计表明该碳量子点尺寸为4nm左右，红外光谱表明该碳量子点含有-oh，c＝o，-ch，c-o以及c＝c。

本实施例中，烟秆采用云南文山州烟秆，水热反应釜为聚四氟乙烯内衬的高温高压水热反应釜。

实施例2：荧光碳量子点在革兰氏阳性菌的死活鉴定方面的应用，选取乳酸细菌这种革兰氏阳性菌于mrs培养基中培养过夜，加入碳点染色，在激光共聚焦扫描显微镜下观察荧光，结果见图5-6，,488nm下激发时处死的乳酸细菌激发出绿色荧光，活细菌则没有荧光；552nm下激发，处死的乳酸细菌激发出红色荧光，活细菌则没有荧光。

实施例3：荧光碳量子点在革兰氏阴性菌的死活鉴定方面的应用，选取大肠杆菌这种革兰氏阴性菌于lb培养基中培养过夜，加入碳点染色，在激光共聚焦扫描显微镜下观察荧光。结果见图7-8，,488nm下激发时处死的大肠杆菌激发出绿色荧光，活细菌则没有荧光；552nm下激发，处死的大肠杆菌激发出红色荧光，活细菌则没有荧光。

实施例4：酵母菌在pda液体中生长过夜，加入碳点染色，激光共聚焦扫描显微镜下观察。结果见图9-10，488nm下激发时处死的酵母菌激发出绿色荧光，活菌丝则没有荧光；552nm下激发，处死的酵母菌激发出红色荧光，活菌丝则没有荧光。

实施例5：荧光碳量子点在丝状真菌的死活鉴定方面的应用，里氏木霉在pda平板上生长7天后取孢子接于pda液体培养基培养三天后取菌丝，加入荧光碳量子点，激光共聚焦扫描显微镜观察。结果见图11-12，,488nm下激发时处死的里氏木霉菌丝激发出绿色荧光，活菌丝则没有荧光；552nm下激发，处死的里氏木霉菌丝激发出红色荧光，活菌丝则没有荧光。

实施例6：荧光碳量子点在细胞成像方面的应用：

实施例1制备的荧光碳量子点水溶液用于标记a549肺癌细胞，如图13所示，细胞形态良好，可见目标碳量子点没有细胞毒性，可用于活细胞标记。图13a从左到右依次为:552nm激发红色荧光场和明场。图13b从左到右依次为：488激发绿色荧光和明场。如图结果表明该碳量子点能够对细胞进行染色，用于细胞成像。