一种手性碳量子点及其合成方法与应用与流程

1.本发明涉及荧光纳米材料技术领域，尤其是一种手性碳量子点及其合成方法与应用。


背景技术：

2.氨基酸作为重要的生物分子，是生命系统不可缺少的组成部分，是构成蛋白质和酶的基本物质，广泛存在于食物、血液和组织中。除甘氨酸外，所有天然存在的氨基酸均以l-和d-构型的两种异构体形式存在。只有l-氨基酸是生物必不可少的组成部分，在生命活动中起着非常重要的作用。而d-氨基酸可能表现出毒性或代谢异常。因此，氨基酸的选择性手性识别在临床诊断和治疗方面有很高的要求。 l-赖氨酸(l-lys)是一种必需氨基酸，能穿过血脑屏障进入脑组织，为修复神经细胞和正常生理活动提供必要的能量来源。l-lys代谢异常会导致严重的疾病。考虑到这些严重的影响，建立有效的对映体选择性识别策略是至关重要的。
3.虽然目前已经开发出如同步x-射线粉末衍射、电化学方法、热重量分析、气相色谱法等测定赖氨酸，但这些方法大多存在设备成本高，需要复杂的样品预处理和耗时的操作程序等缺点。因此，开发一种简便有效的检测lys的方法势在必行。荧光光谱法具有操作简单、响应快、灵敏度高的独特优势，是一种较为方便的检测lys的技术。
4.近年来，一些基于铜纳米团簇和金属有机框架的荧光探针被构建出来。然而，大多数传感器的制备繁琐，水溶性差。此外，目前尚未有杂志报道在不存在金属离子的辅助下直接用于区分l-lys和d-lys 的碳量子点荧光探针。因此，开发简单，快速且不依赖金属离子辅助的手性碳量子点直接用于lys手性识别仍然是一个很大的挑战。
5.手性碳量子点是碳量子点(cds)研究方向的新兴领域，他除了具有普通碳量子点的优异特征(优异的生物相容性、稳定性强、光耐漂白性)等显著优势外，还具有优越的空间构型和生物活性，在手性催化、手性检测和生物医学方面具有巨大的潜力。
6.目前，非手性cds的合成及其应用已引起了广泛关注。然而，关于手性cds的研究却很少。特别是用于不通过金属辅助或其他离子辅助直接识别赖氨酸对映体的手性cds的研究从未见报道。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于提供一种手性碳量子点。
8.本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述手性碳量子点的合成方法。
9.本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述手性碳量子点的应用。
10.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
11.一种手性碳量子点，以d-半乳糖为碳源，采用水热合成法制备的水溶性强、耐漂白性强的碳量子点。
12.优选的，上述手性碳量子点，是由下述方法制备得到的：
13.(1)将d-半乳糖溶解在超纯水中，搅拌溶液直至澄清透明；
14.(2)将上述溶液转移到消解罐中并在烘箱中加热反应；
15.(3)自然冷却至室温，过滤，透析，冷冻干燥，收集产物即得手性碳量子点。
16.上述手性碳量子点的合成方法，以d-半乳糖为碳源，采用水热合成法制备手性碳量子点，具体步骤如下：
17.(1)将d-半乳糖溶解在超纯水中，搅拌溶液直至澄清透明；
18.(2)将上述溶液转移到消解罐中并在烘箱中加热反应；
19.(3)自然冷却至室温，过滤，透析，冷冻干燥，收集产物即得手性碳量子点。
20.优选的，上述手性碳量子点的合成方法，将步骤(3)中产物分散在水中配制成浓度0.02mg
·
ml-1
—1mg
·
ml-1
的手性碳量子点溶液。
21.优选的，上述手性碳量子点的合成方法，所述步骤(2)中采用 160—200℃衡温加热。
22.优选的，上述手性碳量子点的合成方法，所述步骤(3)中以0.22 μm滤膜过滤，透析的透析袋截留分子量为500da。
23.优选的，上述手性碳量子点的合成方法，所述步骤(3)中配制获得的手性碳量子点溶液的浓度为1mg/ml。
24.上述手性碳量子点在识别赖氨酸对映体方面的应用。
25.优选的，上述手性碳量子点的应用，步骤如下：将待识别的赖氨酸(l-赖氨酸、d-赖氨酸或赖氨酸对映体)加入手性碳量子点溶液中，记录360nm激发波长下的发射光谱或在酶标板中记录365nm紫外灯下的荧光图。
26.有益效果：
27.上述手性碳量子点，以d-半乳糖为原料，采用水热合成法制备获得，不仅操作简单快速，并且制备的手性碳量子点水溶性和光稳定性强，抗光漂白能力强，实现了对赖氨酸对映体的识别和可视化检测，其制备方法绿色环保、毒性低，适合规模化工业生产的需要。
附图说明
28.图1是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点的透射电镜图；
29.图2是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点的粒径分布图；
30.图3是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点xps光谱图；
31.图4是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点的激发和发射的谱图；
32.图5是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点的圆二色谱图；
33.图6是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点的紫外可见光谱图；
34.图7是实施例2中以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点溶液在自然光下以及紫外光(365nm)激发下的状态图，图中左侧为以d
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半乳糖为原料合成手性碳量子点溶液在自然光下的状态图，右侧为以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点溶液在365nm紫外灯激发下的状态图；
35.图8是实施例2制备的以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点的傅里叶-红外光谱图；
36.图9是实施例3以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点与l-赖氨酸混合后的发射光
谱图。
37.图10是实施例4以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点与d-赖氨酸混合后的发射光谱图。
38.图11是实施例5以d-半乳糖为原料合成手性碳量子点与l-/d
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赖氨酸混合后的紫外灯照射下的图片。
具体实施方式
39.实施例1
40.以d-半乳糖为原料，采用水热合成法制备手性碳量子点(d-cqds)，具体制备步骤如下：
41.1.仪器设备及试剂
42.1.1仪器
43.x射线光电子能谱仪(美国沃尔瑟姆赛默飞世尔公司)、傅里叶变换红外光谱仪(美国沃尔瑟姆赛默飞世尔公司)、fls920扫描仪(英国苏格兰爱丁堡仪器有限公司)、uv-5500pc紫外-可见分光光度计(上海元析仪器有限公司)、f97荧光光谱仪(中国上海棱光科技有限公司)、jem-1200ex透射电子显微镜(日本jeol公司)。
44.1.2试剂
45.d-半乳糖(99.0％，分析纯，源叶生物科技有限公司)；
46.l-赖氨酸(99.0％，br，源叶生物科技有限公司)。
47.d-赖氨酸(96.0％，br，源叶生物科技有限公司)
48.2.方法
49.1)精密称取1g d-半乳糖放于25ml聚四氟乙烯反应釜中，加入5ml超纯水，混匀。
50.2)将混合液放入烘箱中，200℃反应4h。
51.3)自然冷却至室温后，产物用0.22μm滤膜过滤。
52.4)过滤后透析1天，透析袋的截留分子量为500da，收集产物。
53.5)将4)收集的产物冷冻干燥(-80℃)以获得d-cqds粉末，其量子产率为3.7％(0.5mg
·
ml-1
)，再将其分散在水中配制成一定浓度(0.02mg
·
ml-1
—1mg
·
ml-1
)的碳量子点溶液以进一步表征和使用。
54.实施例2实施例1制备的d-cqds的表征
55.参照图1，对实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点进行在透射电子显微镜下进行扫描，图中显示出本实施例制备的以手性碳量子点分散性良好、均一，没有团聚，呈类圆形。
56.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点的粒径分布图参见图2，图中显示出本实施例中制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点的平均粒径为3.1nm。
57.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点的xps 光谱图参见图3。d-cqds的xps谱表明，285.3和532.3ev处有两个典型的峰，分别对应于c
1s
和o
1s
。
58.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点的激发和发射的谱图参见图4，图中显示出本实施例中制备的以柠檬酸铵为碳源的碳量子点的在360nm下发射波长为434nm。
59.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点，圆二色谱图参见图5，图中显示出本实施例中制备的手性碳量子点具有手性。
60.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点的紫外可见光谱图参见图6，图中显示出本实施例中制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点在283nm处有较强的吸收峰。
61.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点溶液在自然光下以及紫外灯激发下状态图参见图7，图7显示以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点溶液在自然光下呈淡黄色，而在365nm的紫外灯激发下可以看到明亮蓝绿色荧光。
62.实施例1制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点的傅里叶-红外光谱图参见图8，ft-ir图在3500-3200cm-1
的宽吸收峰归属于o-h的伸缩振动；2089cm-1
是c-h的伸缩振动；1659cm-1
是c＝o 的伸缩振动；2089、718cm-1
可分别归属于ν
c≡c
和芳环上的γ
＝c-h
弯曲振动。
63.实施例3
64.应用实施例1所制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点手性识别l-赖氨酸。
65.具体操作方法为：将不同浓度500μl的l-lys(0-28mmol)加入到160μl d-cqds(0.5mg
·
ml-1
)溶液中，加水定容至3ml。记录360nm激发波长下的发射光谱。
66.实施例1中以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点与l-赖氨酸混合后的荧光强度见图9，根据荧光强度变化量计算手性碳量子点与 l-赖氨酸浓度之间的关系。实验结果表明，l-lys与手性碳量子点有明显的荧光增强效果。
67.实施例4
68.具体操作方法为：应用实施例1所制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点手形识别d-赖氨酸。
69.具体操作方法为：将不同浓度500μl的d-lys(0-28mmol)加入到160μl d-cqds(0.5mg
·
ml-1)溶液中，加水定容至3ml。记录360nm激发波长下的发射光谱。
70.实施例1中以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点与d-赖氨酸混合后的荧光强度见图10，根据荧光强度变化量计算手性碳量子点与d-赖氨酸浓度之间的关系。实验结果表明，l-lys与手性碳量子点有微弱的荧光猝灭效果。
71.实施例5
72.具体操作方法为：应用实施例1所制备的以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点可视化识别赖氨酸对映体。
73.具体操作方法为：将不同浓度500μl的lys(0-28mmol)加入到160μl d-cqds(0.5mg
·
ml-1)溶液中，加水定容至3ml。取少量于酶标板中，记录365nm紫外灯下的荧光图。
74.实施例1中以d-半乳糖为原料合成的手性碳量子点与l/d-赖氨酸混合后在365nm下的荧光图见图11，根据荧光强度变化可可视化识别赖氨酸对映体。
75.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。