[发明专利]一种石墨烯-稀土复合材料的制备方法及其在苯并咪唑类农残联合毒性效应的应用

说明书

本发明属于生物传感技术领域，具体涉及一种石墨烯‑稀土复合材料的制备方法及其在苯并咪唑类农残联合毒性效应的应用，其制备方法包括以下步骤：称取柠檬酸、组氨酸、乙二胺和叶酸并混合均匀，加入去离子水后进行超声溶解并在烘箱中反应；利用石墨烯量子点为稳定剂水热合成稀土上转换纳米材料；依次加入石墨烯量子点溶液和氟化钠溶液，搅拌、高压反应釜反应后离心洗涤，最后干燥制得石墨烯量子点‑稀土复合上转换纳米材料。本发明生物相容性好，安全性高，检测的灵敏度高。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域，具体涉及一种石墨烯-稀土复合材料的制备方法及其在苯并咪唑类农残联合毒性效应的应用。

背景技术

石墨烯量子点（graphene quantum dots,GQDs）是横向尺寸小于100 nm，厚度小于10层的零维荧光碳纳米材料。GQDs具有水分散性好、生物相容性高、细胞毒性低、光致发光稳定等特点，具有显著的量子局限效应和独特的光电性能，在荧光传感、生物成像等领域具有潜在应用前景。对GQDs进行杂原子掺杂，可以改变结构及电子特性，进而提高其荧光量子产率、增加了活性位点等，是调控GQDs结构和性质的有效手段。传统的半导体量子点虽具有良好的发光性，但因其大多含有重金属，在制备生产以及使用过程中容易对环境造成严重的破坏，进而限制了其在传感检测领域的实际应用。石墨烯量子点不仅具有很好的生物兼容性、还具有良好的光稳定性、易于实现表面改性、成本低易于大规模制备等特点，在生物传感检测领域具有很大的应用潜力。制备石墨烯量子点的常见方法有自上而下和自下而上两种。自上而下是将石墨烯片、碳纳米管、碳纤维等切割成石墨烯量子点。常见的方法有纳米光刻技术、酸性氧化、超声辅助、微波辅助、电化学方法等。而自下而上是通过催化或热处理将小的有机前体转化为石墨烯量子点，常见的制备方法有水热或溶剂热法，有机前体碳化等。

稀土元素包括元素周期表中第ⅢB 中 21 号的钪(Sc)，39 号的钇(Y)以及同族的原子序数从 57 到 71 的 15 种镧系(Ln)元素：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，共 17种。稀土离子电子层结构相似：除 Sc³⁺、Y³⁺无 4f 亚层、La³⁺的 4f 全空，Lu³⁺的 4f 全满之外，其它稀土离子的 4f 层电子在 7 个 4f 轨道间分布且未填满，并且受到相同外层 5s²和 5p⁶电子层的屏蔽。这样的特殊的电子层结构可产生丰富的能级结构，呈现丰富的荧光特性，可观察到的谱线多达 3万余条，几乎覆盖红外至紫外区的吸收和发射。此外，稀土离子多以 3 价正离子的形式出现，化学性质十分活泼，能组成品种繁多，功能各样的新型材料，被称为“新材料宝库”和“现代工业的维生素”。稀土离子发光主要是由掺杂稀土粒子 4f能级的电子跃迁产生的，多为 f-f 及f-d 跃迁。稀土元素特殊的电子层排布赋予了其独特的光学性能：

1)4f 壳层结构被外填满的 5s²和 5p⁶层屏蔽，外部环境(基质)对其干扰小，而f-f能级差小，故在此能级间跃迁发光时发光带窄，呈尖锐的线状发射；

2)f-f 的自发跃迁是禁戒跃迁，跃迁概率小，故稀土离子处于激发态的时间长(为10^-2-10^-6s，长于一般离子的 10^-8-10^-10s)，即荧光寿命长；

3)吸收激发光的能力强，上转换发光效率高，发光强；

4)物理、化学性质稳定，能承受高能辐射，强紫外光以及大功率电子束的作用。

一般采用简单、环保的水热合成法和采用油酸作为溶剂的溶剂热法来制备稀土上转换纳米材料。