一种水溶性修饰的红色发光碳点复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及碳纳米材料，特别是涉及一种水溶性修饰的红色发光碳点复合材料及其制备方法和用于中药材中fe2+检测以及抗菌方面的应用。

背景技术：

1、碳量子点（carbon dots, cds）作为新型碳基纳米荧光材料，具有优异光学性能、低毒性、良好生物相容性与荧光稳定性，在荧光传感、生物成像、环境监测及抗菌等领域应用前景广阔。红色发光cds发射波长长、自吸收弱、背景干扰小、组织穿透能力强，在生物检测与环境分析中优势突出。但多数长波长cds在水相环境中易发生荧光猝灭、分散性不足，严重限制实际检测应用。目前，已有部分专利报道了红色荧光碳点的制备方法。例如，cn104263366b和cn109456762a采用化学前驱体，反应温度高（170-190℃）、时间长（12-16h）；而以天然生物质为碳源合成的cds（如cn108659836a）多发射蓝绿光，难以获得稳定的红光发射。通过表面改性或功能化组装改善其水相分散性与荧光稳定性，对拓展 cds 应用范围至关重要。

2、近年来，中药材金属离子污染问题受到广泛关注，现有质量评价体系多针对pb、cd、hg、as等少数元素，对fe2+等具有潜在毒性与生理活性的金属离子关注不足。fe2+是生命与环境体系重要微量元素，参与氧气运输、酶催化与电子传递，体内含量异常会导致铁中毒或多种疾病。在fe2+检测方面，现有cds荧光探针存在选择性不足或制备复杂的问题。如专利cn110562954a所展示的fe2+检测线性范围较窄，且在复杂离子环境中对fe3+、cu2+的干扰消除能力有限。因此，在复杂中药体系中实现fe2+准确检测具有重要现实意义。基于cds的荧光检测技术具有响应快、灵敏度高、操作简便、成本低等优势，已成为金属离子检测重要方向。同时，抗生素耐药性问题严峻，开发兼具荧光检测与抗菌性能的新型cds，对拓展其在环境与生物医学领域应用具有重要价值。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明提供一种水溶性修饰的红色发光碳点复合材料及其制备方法和用于中药材中fe2+检测以及抗菌方面的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一，一种水溶性修饰的红色发光碳点复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将木槿叶粉末与乙醇混合，经溶剂热反应后离心，取上清液过滤，所得滤液旋干，得到r-cds；将所述r-cds制成r-cds溶液；

5、将所述r-cds溶液与mdspe-peg2000乙醇溶液混合进行搅拌反应，之后透析、冷冻干燥得到水溶性修饰的红色发光碳点复合材料（z-cds）。

6、本发明技术方案之二，一种利用上述的制备方法制备得到的水溶性修饰的红色发光碳点复合材料。

7、本发明技术方案之三，一种荧光传感体系，包括上述的水溶性修饰的红色发光碳点复合材料和edta（乙二胺四乙酸）。

8、本发明技术方案之四，上述的荧光传感体系的制备方法，包括以下步骤：

9、将水溶性修饰的红色发光碳点复合材料分散于去离子水中，得到组装后所得的z-cds溶液；所述z-cds溶液的浓度为0.5～20 mg/ml；将所述z-cds溶液与浓度为0.01～0.5 m的edta溶液按体积比（1～20）∶1混合，得到所述荧光传感体系；

10、所述z-cds溶液的浓度为0.5～20 mg/ml。

11、本发明技术方案之五，上述的水溶性修饰的红色发光碳点复合材料或者上述的荧光传感体系在非疾病诊断治疗目的检测fe2+或抗菌中的应用。

12、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

13、1. 原料绿色、制备简单：以木槿叶为碳源，来源广泛，环境友好，采用一步溶剂热法合成，操作简便。

14、2. 荧光性能优异：合成的r-cds发射波长达673 nm，经mdspe-peg2000修饰后所得z-cds在水相中荧光稳定性显著提高，具有激发波长独立性、良好的光稳定性（氙灯照射50min荧光无变化）和ph稳定性（ph 4-10范围内荧光强度稳定）。

15、3. 高选择性fe2+检测：引入edta构建的z-cds@edta探针能有效屏蔽fe3+、cu2+等干扰离子，实现对fe2+的特异性识别。荧光强度随fe2+浓度增加而降低，在0-25 μm和24-250 μm范围内呈良好线性，检出限低至0.26 μm。

16、4. 实际样品应用成功：该探针成功用于党参和黄芪中药材中fe2+的加标回收检测，回收率为96.27%～105.12%，相对标准偏差（rsd）为0.23%～2.74%，证明其在实际复杂样品分析中的可靠性。

17、5. 抗菌功能：z-cds对大肠杆菌表现出良好抑菌效果。当浓度为1 mg/ml时，与大肠杆菌共孵育6小时抑菌率达95%；在37℃下孵育12小时，抑菌率约90%。

18、6. 生物相容性好：细胞活力实验表明，z-cds在测试浓度下细胞存活率均高于90%，低浓度下甚至促进细胞增殖。

1.一种水溶性修饰的红色发光碳点复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木槿叶粉末与乙醇的料液比为1g∶（10～40）ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的条件设置如下：反应温度100~180℃，反应时间4~10 h；所述过滤采用0.22 μm的有机微孔膜进行过滤。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述r-cds溶液的浓度为0.5～10 mg/ml；所述mdspe-peg2000乙醇溶液的浓度为0.5～5 mg/ml；所述r-cds溶液与所述mdspe-peg2000乙醇溶液的体积比为（0.5～2）∶1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应的条件设置如下：搅拌转速100～600 rpm，反应温度80～120℃，反应时间0.5～3 h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透析采用截留分子量为3500 da的透析袋，透析时间为1～6 h。

7.一种根据权利要求1~6任一项所述的制备方法制备得到的水溶性修饰的红色发光碳点复合材料。

8.一种荧光传感体系，其特征在于，包括权利要求7所述的水溶性修饰的红色发光碳点复合材料和edta。

9.一种如权利要求8所述的荧光传感体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求7所述的水溶性修饰的红色发光碳点复合材料或者权利要求8所述的荧光传感体系在非疾病诊断治疗目的检测fe2+或抗菌中的应用。