本發(fā)明屬于熒光探針材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

熒光納米材料由于其優(yōu)秀的性能和廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)已受到越來(lái)越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的熒光探針由于其具有毒性，且光穩(wěn)定性不好，因而其應(yīng)用受到很大制約。量子點(diǎn)是由有限數(shù)目的原子組成，三個(gè)維度的尺寸都在100納米(nm)以下的球形或類球形半導(dǎo)體納米顆粒。量子點(diǎn)的直徑一般介于2～20nm之間，由于電子和空穴被量子限域，連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成具有分子特性的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，其吸收所有高于其帶隙能量的光子后，可以發(fā)出熒光?；诹孔有?yīng)，量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池，發(fā)光器件，光學(xué)生物標(biāo)記等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯量子點(diǎn)作為一種新型熒光探針，其具有低毒性、高靈敏度、高選擇性、生物相容性好，且對(duì)環(huán)境污染小，抗光漂白能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯量子點(diǎn)可以在生物、化學(xué)、物理等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

汞離子是一種典型的有毒的重金屬離子，可以造成大腦損傷，腎臟衰竭，心臟和神經(jīng)系統(tǒng)不可逆轉(zhuǎn)的損傷。在1956年，日本爆發(fā)的水俁病就是由于生物體中汞離子富集引起的。重金屬污染已經(jīng)成為目前環(huán)境監(jiān)測(cè)必不可少的一部分，做好環(huán)境、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域中的重金屬檢測(cè)工作，對(duì)于維護(hù)人類健康以及保護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境有非常重要的意義。

授權(quán)公告號(hào)為CN 104477900 B的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種微波法制備多色熒光石墨烯量子點(diǎn)的方法，以碳材料為反應(yīng)原料，通過(guò)兩步反應(yīng)得到產(chǎn)物。步驟1，將碳材料分散在水、濃硝酸和濃硫酸的混合液中加熱氧化，再將所得到混合液分散于水中，經(jīng)過(guò)中和、脫鹽和干燥得到氧化碳材料。步驟2，將步驟1得到的氧化碳材料超聲分散于N,N-二甲基甲酰胺中，所得分散液置于微波中反應(yīng)后，再進(jìn)行過(guò)濾、脫溶、重新分散和透析，得到石墨烯量子點(diǎn)。控制步驟1中水、濃硝酸和濃硫酸的比例和步驟2中微波反應(yīng)的條件，可得不同熒光顏色的石墨烯量子點(diǎn)。本發(fā)明與上述專利制備的材料不同，上述專利采用微波輔助法制備石墨烯量子點(diǎn)。而本發(fā)明側(cè)重點(diǎn)在于石墨烯量子點(diǎn)的功能化修飾和應(yīng)用。本發(fā)明采用碳纖維為原料，通過(guò)硫酸、硝酸氧化碳纖維，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)引入大量的含氧官能團(tuán)，這些在C-C晶格上呈線性排列的官能團(tuán)會(huì)使碳纖維層間距增大，使其易于沿鋸齒方向斷裂，通過(guò)碳纖維的裂解得到GQDs。接著，通過(guò)在GQDs上共價(jià)修飾乙二胺引入氨基，最后利用氨基與胸腺嘧啶-1-乙酸上的羧基反應(yīng)形成酰胺鍵而制得胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有良好的光穩(wěn)定性，抗光漂白性好，靈敏度高的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供上述胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法。

本發(fā)明的再一個(gè)目的就是提供上述胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，該方法是通過(guò)酰胺鍵將胸腺嘧啶-1-乙酸連接到石墨烯量子點(diǎn)上，具體包括以下步驟：

步驟(1)：將碳纖維溶于強(qiáng)酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?，制得超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液；

步驟(2)：將步驟(1)制得的超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液進(jìn)行加熱回流，得回流后的溶液A；

步驟(3)：取步驟(2)中回流后的溶液A與二次水混合，加入碳酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH為7-9，過(guò)濾，透析，制得石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(4)：將EDC、NHS加入到步驟(3)制得的石墨烯量子點(diǎn)溶液中，經(jīng)活化后，再加入乙二胺反應(yīng)4-8小時(shí)，透析，制得負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(5)：取適量的胸腺嘧啶-1-乙酸，溶于無(wú)機(jī)溶劑中，加入EDC、NHS，經(jīng)活化，再加入步驟(4)制得的負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液，反應(yīng)4-8小時(shí)，透析，即制得所述的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

步驟(1)所述的強(qiáng)酸溶液由濃硫酸與濃硝酸按體積比為2-4:1混合而成，并且步驟(1)中每100mL的強(qiáng)酸溶液中加入0.3-0.4g的碳纖維。

步驟(1)所述的攪拌的轉(zhuǎn)速為800-1000轉(zhuǎn)/分鐘。

步驟(2)所述的加熱回流的條件為：控制溫度為90-120℃，回流時(shí)間為22-26小時(shí)。

步驟(3)中回流后的溶液A與二次水的體積比為1:8-10，所述的過(guò)濾為采用孔徑為0.2-0.3μm的濾膜進(jìn)行過(guò)濾，所述的透析的時(shí)間為2-4天。

步驟(4)中所述的EDC與NHS的質(zhì)量比為1-1.5:1，所述的活化時(shí)間為1-3小時(shí)，所述的乙二胺與NHS的質(zhì)量比為6-7:100，所述的透析的時(shí)間為1-3天。

步驟(4)中每1毫升石墨烯量子點(diǎn)溶液中分別加入2.5-5mg EDC及2.5-5mgNHS。

步驟(5)所述的胸腺嘧啶-1-乙酸與EDC、NHS的質(zhì)量比為1:2-2.5:2-2.5，所述的負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液與無(wú)機(jī)溶劑的體積比為3-4:1，所述的活化時(shí)間為1-3小時(shí)，所述的透析的時(shí)間為1-3天。

步驟(5)所述的胸腺嘧啶-1-乙酸在無(wú)機(jī)溶劑中的質(zhì)量濃度為60-100μg/mL。

步驟(5)中，所述的無(wú)機(jī)溶劑為二次水。

采用上述方法制備而成的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的應(yīng)用，所述的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)用于檢測(cè)水體、醫(yī)藥或食品中的汞離子濃度。

本發(fā)明中，NHS為N-羥基琥珀酰亞胺，EDC為1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽，所述的胸腺嘧啶-1-乙酸的英文簡(jiǎn)寫(xiě)為T-1-COOH，本發(fā)明制得的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為GQDs-EDA-T。

通過(guò)利用酰胺鍵接上乙二胺和胸腺嘧啶-1-乙酸達(dá)到特異性檢測(cè)汞離子的目的。其機(jī)理是在胸腺嘧啶3位上的N原子與汞離子特異性結(jié)合，引起石墨烯量子點(diǎn)的聚集，從而使石墨烯量子點(diǎn)的熒光淬滅。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1)對(duì)汞離子具有高靈敏度和高選擇性；

2)對(duì)設(shè)備要求低，原料便宜、易得，制備步驟簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，操作安全，可以實(shí)時(shí)、定量、安全、綠色、便攜檢測(cè)汞離子；

3)制得的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)作為熒光探針，具有良好的光穩(wěn)定性，抗光漂白性，對(duì)汞離子有良好的靈敏度和選擇性，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是石墨烯量子點(diǎn)的TEM圖；

圖2是GQDs、GQDs-EDA、GQDs-EDA-T的紫外-可見(jiàn)吸收對(duì)比圖，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為吸光度；

圖3是GQDs、GQDs-EDA、GQDs-EDA-T的紅外吸收對(duì)比圖，橫坐標(biāo)為波數(shù)，縱坐標(biāo)為透過(guò)率；

圖4是GQDs、GQDs-EDA、GQDs-EDA-T的熒光對(duì)比圖，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；

圖5是GQDs、GQDs-EDA、GQDs-EDA-T的Zeta電位對(duì)比圖；

圖6是GQDs-EDA-T與汞離子反應(yīng)的線性工作范圍，橫坐標(biāo)為濃度，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；

圖7是GQDs-EDA-T的熒光強(qiáng)度隨加入的汞離子濃度的變化曲線，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；

圖8是GQDs-EDA-T對(duì)金屬離子的選擇度；

圖9是GQDs-EDA-T對(duì)汞離子的響應(yīng)時(shí)間；

圖10是GQDs-EDA-T的最大發(fā)射峰與激發(fā)波長(zhǎng)的關(guān)系；

圖11是溶液pH值對(duì)GQDs-EDA-T的熒光強(qiáng)度影響圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

石墨烯量子點(diǎn)的制備

取0.15g碳纖維于100mL的三頸燒瓶中，加入濃硫酸、濃硝酸分別為30mL、10mL，攪拌2h。超聲2h，超聲時(shí)保證溫度不高于30℃。在90℃下，回流攪拌24h。取回流后的溶液20mL，加去二次水稀釋至200mL。加入碳酸鈉，調(diào)節(jié)pH至pH＝8，用0.22μm的濾膜過(guò)濾，

得到濾液，取濾液透析3天，得到石墨烯量子點(diǎn)，如圖1所示。

實(shí)施例2

接乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)的制備

取石墨烯量子點(diǎn)30mL，加入EDC、NHS各100mg，活化2h，之后加入6.75mg乙二胺，反應(yīng)6h，透析1天，得到接乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)。

實(shí)施例3

胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的制備

取胸腺嘧啶-1-乙酸25mg，溶于5mL二次水中，加入EDC、NHS各50mg，攪拌，保證藥品完全溶解，活化2h，加入20mL接乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)，反應(yīng)6h，透析1天，得到胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

實(shí)施例1制得的GQDs、實(shí)施例2制得的GQDs-EDA及實(shí)施例3制得的GQDs-EDA-T紫外-可見(jiàn)吸收對(duì)比圖、紅外吸收對(duì)比圖以及熒光對(duì)比圖分別參見(jiàn)圖2、圖3及圖4。

圖5為GQDs、GQDs-EDA、GQDs-EDA-T的Zeta電位對(duì)比圖。

實(shí)施例4

應(yīng)用實(shí)施例3中的用于檢測(cè)汞離子的胸腺嘧啶修飾的熒光探針檢測(cè)水溶液中汞離子含量的具體步驟為：

取3mL的熒光探針，加入9次6μL的0.001mol/L的汞離子溶液。取3mL的熒光探針，先加入12μL0.005mol/L的汞離子溶液，再加入7次6μL 0.005mol/L的汞離子溶液。取3mL熒光探針，先加入6μL0.05mol/L汞離子溶液，再加入3次6μL0.05mol/L汞離子溶液。激發(fā)波長(zhǎng)為310nm，發(fā)射波長(zhǎng)為520nm，以汞離子濃度為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度變化為縱坐標(biāo)作圖，得到線性工作曲線圖6所示。

本實(shí)施例制得的GQDs-EDA-T與不同濃度汞離子的反應(yīng)后的熒光光譜如圖7所示。

圖8反映的是GQDs-EDA-T對(duì)不同金屬離子的選擇度。

圖9反映的是GQDs-EDA-T的響應(yīng)時(shí)間。

圖10反映的是GQDs-EDA-T在不同波長(zhǎng)條件下的最大發(fā)射峰。

圖11反映的是pH值對(duì)GQDs-EDA-T熒光強(qiáng)度的pH影響圖。

表1反映的是GQDs-EDA-T對(duì)汞離子的加標(biāo)回收率。

表1

實(shí)施例5

取3mL熒光探針，向其中加入3μL0.05mol/L用自來(lái)水配制的汞離子溶液，根據(jù)線性工作曲線，得到汞離子濃度為48.5μM/L。

實(shí)施例6

本實(shí)施例胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)：將碳纖維溶于強(qiáng)酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁暎频贸暫蟮奶祭w維與強(qiáng)酸的混合溶液；

步驟(2)：將步驟(1)制得的超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液進(jìn)行加熱回流，得回流后的溶液A；

步驟(3)：取步驟(2)中回流后的溶液A與二次水混合，加入碳酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH為7，過(guò)濾，透析，制得石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(4)：將EDC、NHS加入到步驟(3)制得的石墨烯量子點(diǎn)溶液中，經(jīng)活化后，再加入乙二胺反應(yīng)4小時(shí)，透析，制得負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(5)：取適量的胸腺嘧啶-1-乙酸，溶于無(wú)機(jī)溶劑中，加入EDC、NHS，經(jīng)活化，再加入步驟(4)制得的負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液，反應(yīng)4小時(shí)，透析，即制得胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

其中，步驟(1)中，強(qiáng)酸溶液由濃硫酸與濃硝酸按體積比為2:1混合而成，并且步驟(1)中每100mL的強(qiáng)酸溶液中加入0.3g的碳纖維。

步驟(2)中，加熱回流的條件為：控制溫度為90℃，回流時(shí)間為26小時(shí)。

步驟(3)中回流后的溶液A與二次水的體積比為1:8，過(guò)濾為采用孔徑為0.2μm的濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透析的時(shí)間為2天。

步驟(4)中EDC與NHS的質(zhì)量比為1:1，活化時(shí)間為1小時(shí)，乙二胺與NHS的質(zhì)量比為6:100，透析的時(shí)間為1天。

步驟(4)中每1毫升石墨烯量子點(diǎn)溶液中分別加入3mg EDC及3mg NHS。

步驟(5)胸腺嘧啶-1-乙酸與EDC、NHS的質(zhì)量比為1:2:2，負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液與無(wú)機(jī)溶劑的體積比為3:1，活化時(shí)間為1小時(shí)，透析的時(shí)間為1天。

步驟(5)中，胸腺嘧啶-1-乙酸在無(wú)機(jī)溶劑中的質(zhì)量濃度為60μg/mL。

本實(shí)施例制得的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)用于檢測(cè)水體、醫(yī)藥或食品中的汞離子濃度。

實(shí)施例7

本實(shí)施例胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)：將碳纖維溶于強(qiáng)酸溶液中，充分?jǐn)嚢?，超聲，制得超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液；

步驟(2)：將步驟(1)制得的超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液進(jìn)行加熱回流，得回流后的溶液A；

步驟(3)：取步驟(2)中回流后的溶液A與二次水混合，加入碳酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH為9，過(guò)濾，透析，制得石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(4)：將EDC、NHS加入到步驟(3)制得的石墨烯量子點(diǎn)溶液中，經(jīng)活化后，再加入乙二胺反應(yīng)8小時(shí)，透析，制得負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(5)：取適量的胸腺嘧啶-1-乙酸，溶于無(wú)機(jī)溶劑中，加入EDC、NHS，經(jīng)活化，再加入步驟(4)制得的負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液，反應(yīng)8小時(shí)，透析，即制得胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

其中，步驟(1)中，強(qiáng)酸溶液由濃硫酸與濃硝酸按體積比為4:1混合而成，并且步驟(1)中每100mL的強(qiáng)酸溶液中加入0.4g的碳纖維。

步驟(2)中，加熱回流的條件為：控制溫度為120℃，回流時(shí)間為22小時(shí)。

步驟(3)中回流后的溶液A與二次水的體積比為1:10，過(guò)濾為采用孔徑為0.3μm的濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透析的時(shí)間為4天。

步驟(4)中EDC與NHS的質(zhì)量比為1.5:1，活化時(shí)間為3小時(shí)，乙二胺與NHS的質(zhì)量比為7:100，透析的時(shí)間為3天。

步驟(4)中每1毫升石墨烯量子點(diǎn)溶液中分別加入4.5mg EDC及3mg NHS。

步驟(5)胸腺嘧啶-1-乙酸與EDC、NHS的質(zhì)量比為1:2.5:2.5，負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液與無(wú)機(jī)溶劑的體積比為4:1，活化時(shí)間為3小時(shí)，透析的時(shí)間為1天。

步驟(5)中，胸腺嘧啶-1-乙酸在無(wú)機(jī)溶劑中的質(zhì)量濃度為90μmg/mL。

本實(shí)施例制得的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)用于檢測(cè)水樣品中的汞離子濃度。

實(shí)施例8

本實(shí)施例胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)：將碳纖維溶于強(qiáng)酸溶液中，充分?jǐn)嚢?，超聲，制得超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液；

步驟(2)：將步驟(1)制得的超聲后的碳纖維與強(qiáng)酸的混合溶液進(jìn)行加熱回流，得回流后的溶液A；

步驟(3)：取步驟(2)中回流后的溶液A與二次水混合，加入碳酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH為8，過(guò)濾，透析，制得石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(4)：將EDC、NHS加入到步驟(3)制得的石墨烯量子點(diǎn)溶液中，經(jīng)活化后，再加入乙二胺反應(yīng)6小時(shí)，透析，制得負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液；

步驟(5)：取適量的胸腺嘧啶-1-乙酸，溶于無(wú)機(jī)溶劑中，加入EDC、NHS，經(jīng)活化，再加入步驟(4)制得的負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液，反應(yīng)6小時(shí)，透析，即制得胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。

其中，步驟(1)中，強(qiáng)酸溶液由濃硫酸與濃硝酸按體積比為3:1混合而成，并且步驟(1)中每100mL的強(qiáng)酸溶液中加入0.36g的碳纖維。

步驟(2)中，加熱回流的條件為：控制溫度為100℃，回流時(shí)間為24小時(shí)。

步驟(3)中回流后的溶液A與二次水的體積比為1:9，過(guò)濾為采用孔徑為0.22μm的濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透析的時(shí)間為3天。

步驟(4)中EDC與NHS的質(zhì)量比為1.2:1，活化時(shí)間為2小時(shí)，乙二胺與NHS的質(zhì)量比為6.5:100，透析的時(shí)間為2天。

步驟(4)中每1毫升石墨烯量子點(diǎn)溶液中分別加入3.6mg EDC及3mg NHS。

步驟(5)胸腺嘧啶-1-乙酸與EDC、NHS的質(zhì)量比為1:2.4:2.4，負(fù)載有乙二胺的石墨烯量子點(diǎn)溶液與無(wú)機(jī)溶劑的體積比為3.5:1，活化時(shí)間為2小時(shí)，透析的時(shí)間為2天。

步驟(5)中，胸腺嘧啶-1-乙酸在無(wú)機(jī)溶劑中的質(zhì)量濃度為100μg/mL。

本實(shí)施例制得的胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)用于檢測(cè)水樣品中的汞離子濃度。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。