[发明专利]一种基于柠檬酸和苯甲酰脲的氮掺杂荧光碳点及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于柠檬酸和苯甲酰脲的氮掺杂荧光碳点，原材料由柠檬酸和苯甲酰脲组成，制备方法包括：(1)将柠檬酸和苯甲酰脲混合，进行高温固相制备；(2)将步骤(1)所得反应物依次进行冷却、溶解、过滤处理；(3)向步骤(2)所得滤液进行透析处理，冷冻干燥后即得所述氮掺杂荧光碳点。其应用为，将所述碳点作为制备检测Fe(III)的荧光传感器的用途。本发明的优点在于，本发明的制备及后处理方法操作简单，获得的碳点表面富含氨基、羟基，易溶于水，荧光量子产率较高，且在水溶液中对Fe(III)有选择性的传感作用，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于荧光传感技术领域，具体为一种基于柠檬酸和苯甲酰脲的氮掺杂荧光碳点及其制备方法与应用。

背景技术

铁是地球上最丰富的金属元素之一，也是人体中含量以及重要性都居于首位的微量元素，这主要是因为铁在很多过程中都发挥着重要的作用。三价铁离子[Fe(III)]在生态环境和生物体内都扮演着重要角色。在环境质量评估中，Fe(III)含量是评判水质等级的重要指标之一。在生命体的生理活动中，Fe(III)也有着很大影响，其缺乏或过量均会导致生物功能的紊乱。具体来讲，Fe(III)在新陈代谢、酶催化等方面都有着重要的功能。更为重要的是，人体中的血红蛋白就是Fe(III)的络合物，它提供了血液的携氧能力，为人体血液供氧起到了重大作用。另有研究表明，Fe(III)含量不足会使人体产生疾病，同时，其含量过剩也会产生细胞毒性。因此，发展高选择性、高灵敏度的Fe(III)传感器在环境以及生物领域都是极其重要的。

目前报道的Fe(III)的检测方法有比色法、荧光探针法等，然而，目前报道的Fe(III)荧光探针大多是基于小分子荧光团，其通常存在合成步骤繁琐，原料昂贵等问题。

碳点(Carbon Dots:CDs)于2004年由Xu等人在分离和纯化单壁碳纳米管时被偶然发现。CDs具有与传统量子点(Quantum Dots:QDs)相近的荧光特性，还具有优异的生物相容性、低毒性及对细胞低损伤性等优点而被广泛应用在生物传感等领域。作为一类理想的荧光传感器，CDs能长时间保持较好的光稳定性及抗光漂白性。根据制备方法的不同，CDs内部或表面通常含有5％～50％的氧元素，其主要以羧基形式存在，有研究表明，杂原子掺杂已被证明是改善CDs的荧光量子产率、水溶性、荧光性质和其他物理化学性质的一种有效方法，进行了杂元素掺杂、表面钝化或功能化的CDs就包含了氮等其他一些元素，CDs的表面状态也就更加丰富，除羧基外，还有氨基、羟基、巯基等活性官能团。

CDs因其具有良好的荧光性质、出色的物理化学性质、丰富的表面活性官能团而成为实现金属离子传感的重要材料之一。Sun等人首次将CDs应用在Fe(III)的定量分析中，他们以一水柠檬酸为碳源、二甘醇胺为钝化剂水热制备碳量子点，其对Fe(III)的检出限为11.2μmol/L；Zhao等人以制备的CDs作为传感器，开发了一种荧光恢复型检测Fe(III)的生物传感器；Anam Iqbal以柠檬酸和邻二氮菲为原料，固相制备出对Fe(II)和Fe(III)双响应的荧光碳点；另外，还有以西瓜汁为原料的生物质碳点、双响应选择性检测Al(III)和Fe[III]的碳点报道。但是，目前对Fe(III)选择性传感的荧光CDs的专利依然很少。所以，进一步寻找简单、灵敏的Fe(III)荧光CDs传感器仍然具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中的对Fe(III)特异性强、灵敏度高的荧光CDs传感器较少的问题，本发明提供了一种基于柠檬酸和苯甲酰脲的氮掺杂荧光碳点及其制备方法与应用，实现的目的为提供一种绿色、高效，特异性强的氮掺杂荧光CDs，其制备方法简单，并可实现对Fe(III)的简便、高效、选择性检测。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供的一种基于柠檬酸和苯甲酰脲的氮掺杂荧光碳点，原材料由柠檬酸和苯甲酰脲组成，柠檬酸和苯甲酰脲的质量比为0.5～6:1～4。

本发明还提供了制备所述氮掺杂荧光碳点的方法，包括如下步骤：