[发明专利]一种荧光咖啡渣碳量子点及其制备方法、应用

说明书

本发明属于抑菌纳米材料技术领域，具体涉及一种荧光咖啡渣碳量子点及其制备方法、应用。包括以下步骤：以咖啡渣作为前体物质，分散在水中进行搅拌、超声分散均匀，于150～180℃下水热反应，反应结束后离心获得上清液，过滤得到咖啡渣碳量子点。本发明通过将咖啡渣制备成为碳量子点纳米材料，形成具有抗菌活性、荧光性能优良、可选择性抑菌的纳米材料，以咖啡渣碳量子点作为主要基底制备抑菌产品，良好的水溶性与分散性，有利于材料于生物体系中使用或混合于其他材料中，毒性较低，且可适用于不能选用乙醇制剂或其他毒性较大的抑菌制剂的环境。

技术领域

本发明属于抑菌纳米材料技术领域，具体涉及一种荧光咖啡渣碳量子点及其制备方法、应用。

背景技术

在医院感染、食品保鲜、疾病进展过程中，致病细菌的存在与繁殖是造成不良后果的重要因素之一。细菌的不良影响可以被抗生素，例如青霉素、头孢等有效控制，但由于细菌耐药性突变的存在，例如部分突变的革兰阴性菌具有超广谱β-内酰胺酶可以水解抗生素以呈现耐药作用，导致必须限制传统抗生素的使用并寻求有效的替代方案。现有物理方法，如紫外线辐照，不能做到对细菌生长繁殖的长期抑制；而化学方法中，例如戊二醛，受限于物质的毒效应不适宜直接作用于人体内、食物抑菌而仅能应用于部分环境、器械消毒；现有材料角度的解决方案中，例如铜离子涂层抑制金属表面细菌生长繁殖，长期有效但多用于建筑材料；传统抗生素具有优良的抗菌性能，但由于其广谱抑菌，促进了非靶向细菌耐药性的突变，因此开发持久抑菌、细胞毒性小、通用性强、选择性抑菌的抑菌纳米材料，具有重要的意义。

抑菌纳米材料的前体选择从来源上可分为两种，一种来源于人工合成的单一物质，另一种来源于自然存在的植物或其提取物。这两种主要区别在于开发难度与物质组成上，人工合成的的物质需更多的重复修饰设计且成分相对单一，开发周期长但机制普遍明确且效应显著，而自然存在的提取物中存在多种天然活性化合物和维生素的协同组合，具有广泛的活性，开发周期较短易观查到有意义的指标以便于提出假设，因此为快速开发符合要求的抑菌材料，已有相关活性验证的植物或提取物是材料的理想前体。

碳量子点因其生物相容性、荧光性能、化学稳定性、表面易修饰而相较于其他含有金属元素及传统碳纳米材料受到更多生物医药领域的关注，且应用于物质检测、生物成像、催化、载药等。碳量子点的抗菌活性近年来引起了人们的广泛关注，其与微生物的相互作用取决于碳量子点的组成、大小、形状与表面活性基团，根据抑菌机理主要分为阳离子碳量子点、特殊形状的碳量子点、光动力碳量子点与抗生素修饰的碳量子点等，其中抗生素修饰的碳量子点效果最好，但受限于细菌的耐药性突变，不可广泛使用，且不能进行选择性抑菌。

咖啡行业是全球经济的关键组成成分，生产过程中副产品每年超过20亿吨，如咖啡废渣，但副产品往往被直接丢弃而没有直接利用。因此，对废弃的咖啡渣进行抗菌材料的开发将在解决抑菌问题的同时解决咖啡副产物的利用问题具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种荧光咖啡渣碳量子点及其制备方法、应用，通过将咖啡渣制备成为碳量子点纳米材料，形成具有抗菌活性、荧光性能优良、可选择性抑菌的纳米材料，以咖啡渣碳量子点作为主要基底制备抑菌产品，良好的水溶性与分散性，有利于材料于生物体系中使用或混合于其他材料中，毒性较低，且可适用于不能选用乙醇制剂或其他毒性较大的抑菌制剂的环境，应用前景佳。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

本发明的第一个目的是提供一种荧光咖啡渣碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

以咖啡渣作为前体物质，分散在水中进行搅拌、超声分散均匀，于150～180℃下水热反应，反应结束后离心获得上清液，过滤得到咖啡渣碳量子点。

优选的，所述咖啡渣和水的质量体积比为1g：30～100mL。

优选的，所述搅拌为磁力搅拌，时间为10～15min，超声的时间为15～30min。