一种应用于检测多巴胺和Al制造技术

本发明专利技术公开了一种通过一步简单的水热法制备出的荧光碳纳米点(CNDs)并且量子产率能达到9.9％。这种碳点能够作为一种有效的荧光探针去灵敏地、选择性地检测多巴胺和Al

【技术实现步骤摘要】
一种应用于检测多巴胺和Al3+，细胞成像以及逻辑门操作的碳点
：本专利技术属于化学领域中利用荧光碳纳米点对多巴胺和Al3+的检测和逻辑门操作的应用。
技术介绍
：多巴胺是一种在大脑中很重要的神经传递素，由神经细胞释放然后传递信号至其他神经细胞。但是大脑中不正常水平的多巴胺是与一些疾病相关联的，例如帕金森病和老年痴呆症。另一方面，像Al3+这样的金属离子在很多生命活动中，比如在人体的微量元素方面，扮演着至关重要的角色。很多研究已经表明，过量的Al3+摄入会导致肾功能衰竭，骨质疏松以及神经障碍。因此，检测多巴胺和Al3+在控制生物体和环境系统中的浓度方面是至关重要的。到目前为止，包括液相色谱法，化学发光，毛细管电泳以及荧光技术等多种方法已经被用于多巴胺的测定。然而，这些方法中的大多数都会受到时间长，花费高以及需要复杂的仪器的限制。比如对Al3+的检测，传统的检测方法像火焰原子吸收法，电感耦合等离子体原子发射光谱法等都很昂贵、复杂和不方便快速的在线传感。荧光探针作为一种有效的传感器已经被广泛的应用于检测污染物。荧光探针能够产生明显的荧光信号变化用于物质的定性和定量分析。虽然以半导体为基础制作的量子点(QDs)已经被作为一种有效的荧光探针来使用，但是它的潜在的高毒性以及较差的生物相容性限制了其应用。荧光碳纳米点(CDs)，作为另一种纳米颗粒，具有很高的水溶性，很强的化学惰性，易于功能化以及很好的生物相容性等优点。因此，这种碳点(CDs)主要被应用在生物成像，光电器件，医疗诊断，光催化和传感器方面。然而，这些方法中的大多数都仅仅能检测一种物质。已公开的关于检测多巴胺和Al3+的这种荧光探针几乎没有。基于以上考虑，我们合成了一种制备方法简单、成本较低的碳点(CNDs)作为荧光探针。这种碳点(CNDs)在检测多巴胺和Al3+离子的过程中表现出了高效率、高灵敏性、光稳定性等优点。更重要的是，已合成的这种碳点(CNDs)展示出了对多巴胺和Al3+很高的选择性和敏感性，检测限分别达到了0.0078μM和0.0329μM。目前这种方法已经成功的应用于对人体尿液和血清样品中的多巴胺的检测以及对环境水样中的Al3+的检测。由于这些独特的性质，用这种碳点(CNDs)还可以进行逻辑门操作。
技术实现思路
：本专利技术改进了现有检测方法毒性高，生物相容性差，水溶性不好并且只能检测一种物质的缺点，实现了利用荧光碳点对多巴胺和Al3+的双重检测，并利用这种性质进行逻辑门的构造。本专利技术利用这种荧光碳点(CNDs)和多巴胺结合之后发生电子转移导致荧光碳点的荧光猝灭从而实现了对多巴胺的检测。用不同浓度的多巴胺测得不同荧光强度的数据可得到方程F0/F-1＝0.2328+0.0979c，其中F0为不加入多巴胺时的荧光强度，F为多巴胺浓度为c时的荧光强度，相关系数为0.9943。多巴胺浓度范围在20μM到80μM。从而推算出对于多巴胺的检测限为0.0078μM。本专利技术利用上述中的碳点多巴胺的结合物，CNDs-多巴胺，实现对Al3+的检测。检测机理为：在CNDs-多巴胺中加入Al3+后，Al3+会和多巴胺进行结合，从而释放出了具有荧光性质的碳点(CNDs)，导致荧光的恢复，进而可以利用荧光强度的改变实现对Al3+的检测。通过对荧光强度和Al3+浓度之间的关系数据，得到方程F0/F-1＝-0.0058-0.0069c，其中F0为不含有Al3+时的荧光强度，F为Al3+浓度为c时的荧光强度，相关系数为0.9928。从而推算出对于Al3+的检测限为0.0329μM。利用上述性质，构建了一种以多巴胺和Al3+为基础的逻辑门，通过多巴胺和Al3+对荧光强度的影响来实现对输出信号的控制。本专利技术对上述检测过程中的干扰性因素进行了深入研究，包括温度，pH值，稳定时间以及离子强度对碳点(CNDs)荧光强度的影响。干扰性测试是在磷酸盐缓冲溶液中进行。测试结果表明温度对荧光强度几乎没有影响，对pH值的测试中我们发现，在强酸(pH＜6)或者强碱(pH＞10)下，碳点(CNDs)的荧光发生猝灭，且pH值为7.0时有最高的荧光发射强度，这个pH值和生物体内的环境很相似，这表明了这种碳点(CNDs)可以在生物学领域应用。稳定时间测试结果显示：这种碳点在空气中暴露30天之后依然保持着很强的荧光强度。离子强度测试显示：KCl对结果的影响也很小，这说明这种碳点(CNDs)可以在实际检测中有很好的应用。附图说明图1是本专利技术的碳点(CNDs)的结构表征。图2(a)是本专利技术的碳点(CNDs)对多巴胺的敏感性研究及浓度的检测：横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度；图2(b)是碳点(CNDs)对多巴胺的选择性测试。图3(a)(b)是本专利技术的碳点(CNDs)对Al3+的敏感性研究及浓度的检测；图3(c)是不含多巴胺的碳点对Al3+的敏感性测试；图3(d)是碳点(CNDs)对Al3+选择性的测试。图4是本专利技术的碳点(CNDs)受温度、pH值、放置时间及碳点的浓度对荧光强度影响的测试。图5是本专利技术的碳点(CNDs)构建逻辑门操作的原理示意图。具体实施方式参照附图1-5对本专利技术做进一步的说明实施例1本专利技术的碳点(CNDs)的合成：将1.92g无水柠檬酸和6.81g4，7，10-三氧-1，13-十三烷二胺溶解在20ml蒸馏水中，然后转移至50ml的高压釜中，在200℃下加热5h。当反应釜冷却至室温时我们得到了透明的褐色溶液，之后我们加入氢氧化钠去调节上述溶液的pH值到14。接着进行旋转蒸发得到固体，然后再溶解到乙醇里，不溶物将会通过离心除去，留下上清液。最后，上清液进一步由透析袋(Mw＝3000)放在蒸馏水中透析4天。最后，纯的碳点(CNDs)将由旋转蒸发得到。本专利技术的碳点(CNDs)的表征：用透射电子显微镜(TEM)来得到碳点(CNDs)的结构。图1a表示碳点(CNDs)在水溶液中高度分散并且平均直径在3.9nm。我们也可以清晰地看到，碳点(CNDs)是呈球形的。用傅立叶变换红外线分光镜(FT-IR)来进一步研究碳点(CNDs)表面的功能基团以及化学组成(如图1b)。在3430cm-1，3228cm-1，1656cm-1和1114cm-1处出现的峰刚好和-OH，-NH2，C＝O，C-O的一致。由此我们可以推断碳点(CNDs)表面-NH2和-COOH这两个亲水基团。这些亲水基团加强了碳点(CNDs)的水溶性，也使得碳点(CNDs)在水溶液中的检测应用进一步扩大了。1400cm-1处的峰来自于-NHCO-，这表明在制备碳点(CNDs)时发生了酰化反应。另外，X射线光电子能谱分析(XPS)用来研究碳点表面总成分以及表面元素分析(如图1c所示)。透析后显示X光电子能谱图显示了三个峰，分别在285eV，400eV和532eV，分别表示C1s，N1s和O1s。碳点C1s的高分辨率表明了由于C-C，C-N和C＝O的结合能，分别在285eV，286eV，288eV出现峰值(如图1d所示)。N1s谱图显示有两个峰在400eV左右，分别表示C-N-C和N-H(如图1e所示)。O1s谱图分成三个峰，相当于C＝O，C-OH和C-O-C基团(如图1f所示)。结果与傅立叶变换红外光谱图一致。实施例2本专利技术中使用的碳点(CNDs本文档来自技高网...

【技术保护点】
以柠檬酸和4，7，10‑三氧‑1，13‑十三烷二胺作为原料，通过一步水热法得到的碳点CNDs在检测多巴胺方面的应用。

【技术特征摘要】
1.以柠檬酸和4，7，10-三氧-1，13-十三烷二胺作为原料，通过一步水热法得到的碳点CNDs在检测多巴胺方面的应用。2.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜范勇，王银银，祖凡淋，张金，贠凯祎，刘世起，陈莉，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12