一种葡萄碳量子点的制备方法及应用
技术领域
本发明属于纳米科技领域，具体涉及一种葡萄碳量子点的制备方法及应用。
背景技术
关于衰老原因的自由基损伤理论，由哈曼等人提出，指出自由基损伤的积累是导致衰老的重要因素，是生命过程中不可抗拒的力量。自由基是一种活性很强的分子，通常在生物体内的氧化反应中由部分氧产生。羟基自由基(HO·)是含氧自由基中最活跃的一类自由基。过多的羟基自由基可能会对机体造成损害，因为它们具有较高的生物活性，这些氧化反应在一定程度上可以导致基因突变或细胞死亡，尽管细胞微环境中一定数量的羟基自由基是维持正常生命活动所不可缺少的。因此，消除体内过多的HO·以保证正常的内容已成为研究的热点。
随着科学家们对碳点的性质的不断探索，近年来碳点在自由基清除中的应用逐渐出现。2005年，Fenoglio等首次发现Fenton反应和黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶系统产生的羟基自由基和超氧化物自由基，可以被一种碳纳米管清除。2014年,达斯等人发现采用微波合成法以蜂蜜糖浆为原料制得的碳纳米颗粒的EC50是250μg/毫升；并考察了碳点对羟基自由基的清除作用,这奠定了碳量子点清除羟基自由基的研究。此后，2015年，Zhao等发现以大蒜为碳源的水热法合成的碳点对羟基自由基无清除能力。2018年，Li等人在电子烤箱中以230℃的温度烤鲭鱼肉合成了荧光碳点。这些CQDs对羟自由基和甲基自由基具有很强的剂量依赖性清除能力。2017年，Feng Li等人以一种简便、高产的策略合成了硒掺杂碳点。Se-CQDs能有效清除羟自由基等自由基，一旦Se-CQD到细胞内，细胞内有害的高水平活性氧种类减少。
发明内容
本发明的目的在于提供以葡萄为碳源水热法制备的碳点用于羟基自由基的清除方法，以提供绿色环保和高效的羟基自由基清除方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种葡萄碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将葡萄用超纯水清洗；
步骤2，将清洗后葡萄烘干，得到葡萄干；
步骤3，取葡萄干浸泡在超纯水中，将其转移至水热反应器中反应；
步骤4，将水热反应器冷却至室温后，获得的溶液离心，通过透析袋透析处理，即得到纯净的碳量子点水溶液；
步骤5，将步骤4所得纯净的碳量子点水溶液冷冻干燥后即得目标碳量子点。
进一步，所述步骤2中烘干的温度为75～85℃。
进一步，所述步骤3中葡萄干与超纯水的质量比为1:8～12。
进一步，所述步骤3中反应的温度为170～200℃，反应的时间为3～5h。
进一步，所述步骤4中离心的转速为5000rpm，离心的时间为10～20min。
再进一步，所述步骤4中透析袋的截留分子量为1000Da，透析处理的时间为1天，每各6h换一次水。
一种葡萄碳量子点的应用，其特征在于，应用于清除羟基自由基。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
(1)本发明的制备步骤简单，使用的原料为自然源葡萄，仅需一步水热反应，即可得到目标碳量子点。
(2)本发明的碳点在水溶液中具有良好的溶解性和分散性，碳点粒径在3nm左右，无毒、无害。
(3)本发明的碳点用于羟基自由基清除，清除率高。
附图说明
图1为本发明实施例1的碳量子点(CQDs)透射电镜图；
图2为本发明实施例1的碳量子点粒径分布图；
图3为本发明实施例1的碳量子点红外吸收光谱图；
图4为本发明实施例1的碳量子点紫外吸收光谱图；
图5为本发明碳量子点与羟基自由基的清除率随着碳量子点浓度变化关系曲线；
图6为羟基自由基的清除率随着抗坏血酸浓度变化的关系曲线。
具体实施方式
实施例1
一种碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将葡萄用超纯水清洗；
步骤2，将清洗后葡萄在烘箱80℃烘干，得到葡萄干，备用；
步骤3，取3克葡萄干浸泡在30毫升超纯水中，将其转移至100毫升聚四氟乙烯水热反应器中，然后置于烘箱中180℃下反应4小时。
步骤4，将聚四氟乙烯水热反应器冷却至室温后，获得的溶液以5000rpm离心15min，通过1000Da的透析袋透析处理1天，每各6h换一次水，即得到纯净的碳量子点水溶液。
步骤5，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后即得目标碳量子点；
步骤6，用透射电镜、红外光谱、紫外光谱等对碳量子点进行表征。
图1和图2为CQDs的透射电镜图和粒径分布图，从图中可以看出碳点的平均粒径基本上处于2～3nm，而且碳点的分散性较好。
图3为葡萄CQDs的红外光谱图，从图上可以看出，集中在3000cm-1～3600cm-1之间的宽吸收带即为-OH的伸缩振动吸收峰，在1700cm-1左右的吸收峰则为C＝O的伸缩振动吸收峰，而出现在大概1000cm-1左右的吸收峰则归属为C-OH的伸缩振动，以上结果表明碳点的表面含有大量的富电子基团，这些基团不仅可以与未成对的电子进行配对，同时也增加了碳点在水溶液中的分散性。
图4为葡萄CQDs的紫外光谱图，在278nm有一个较强的吸收峰，这可能是由于碳点表面的C＝O的n–π*跃迁所致。400nm以后基本上再无吸收。由于后续的清除DPPH自由基和羟基自由基实验需要测量溶液在515nm或510nm处的吸光度，这为后续的自由基清除实验消除了碳点本身的背景吸收。
实施例2
一种碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将葡萄用超纯水清洗；
步骤2，将清洗后葡萄在烘箱75℃烘干，得到葡萄干，备用；
步骤3，取3克葡萄干浸泡在24毫升超纯水中，将其转移至100毫升聚四氟乙烯水热反应器中，然后置于烘箱中170℃下反应3小时。
步骤4，将聚四氟乙烯水热反应器冷却至室温后，获得的溶液以5000rpm离心10min，通过1000Da的透析袋透析处理1天，每各6h换一次水，即得到纯净的碳量子点水溶液。
步骤5，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后即得目标碳量子点；
实施例3
一种碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将葡萄用超纯水清洗；
步骤2，将清洗后葡萄在烘箱85℃烘干，得到葡萄干，备用；
步骤3，取3克葡萄干浸泡在36毫升超纯水中，将其转移至100毫升聚四氟乙烯水热反应器中，然后置于烘箱中200℃下反应5小时。
步骤4，将聚四氟乙烯水热反应器冷却至室温后，获得的溶液以5000rpm离心20min，通过1000Da的透析袋透析处理1天，每各6h换一次水，即得到纯净的碳量子点水溶液。
步骤5，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后即得目标碳量子点。
实施例4
取9支10mL比色管，分别依次加入500μL5×10-3mol L-1硫酸亚铁铵溶液，500μL 5×10-3mol L-1邻二氮菲溶液，1.6mLpH＝7.47的tris-HCl缓冲溶液，然后分别向2-9号比色管中加入300μL 5×10-3mol L-1的H2O2溶液，最后分别向3-9号比色管中加入20、40、60、80、100、120、140μL的葡萄CQDs溶液(1mg mL-1)，将上述比色管分别用蒸馏水定容至刻度，37℃下水浴1h，冷却至室温，分别测定各比色管中溶液的紫外可见吸收光谱,经计算得到加入碳点浓度与清除率关系图5。
清除率根据以下公式来计算：
其中A0表示体系中只有邻二氮菲和硫酸亚铁铵存在时在510nm处的吸光度值；Amin表示体系中邻二氮菲、硫酸亚铁铵以及H2O2共存时在510nm处的吸光度值；Ai代表体系中同时有邻二氮菲、硫酸亚铁铵、H2O2以及羟基自由基清除剂存在时在510nm处的吸光度值。
如图5所示，从图中可以看出，随着碳量子点溶液溶液加入量的增加，碳点对于羟基自由基的清除率也逐渐增大，而在最终即使加入更大浓度的碳点，清除率也不再增加，这可能是由于碳点表面与羟基自由基的结合位点已经饱和。此外，从图的插图中也可以看出，碳点对于羟基自由基的清除率与碳点的浓度均在一定浓度范围内呈现出良好的线性关系，将Y＝50代入线性方程可得各碳点的EC50分别为25.3μg/mL。
实施例5
取10支10mL比色管，分别依次加入500μL 5×10-3mol L-1硫酸亚铁铵溶液，500μL5×10-3mol L-1邻二氮菲溶液，1.6mL pH＝7.47的tris-HCl缓冲溶液，然后分别向2-10号比色管中加入300μL 5×10-3mol L-1的H2O2溶液，最后分别向3-10号比色管中加入100、200、300、400、500、600、700、800μl 0.5μg/mL的抗坏血酸溶液，将上述比色管分别用蒸馏水定容至刻度，37℃下水浴1h，冷却至室温，分别测定各比色管中溶液的紫外可见吸收光谱。
如图6所示，从图中可以看出，随着抗坏血酸溶液加入量的增加，抗坏血酸对于羟基自由基的清除率也逐渐增大，而在最终即使加入更大浓度的抗坏血酸，清除率也不再增加，这可能是由于抗坏血酸与羟基自由基的结合位点已经饱和。此外，从图的插图中我们也可以看出，抗坏血酸对于羟基自由基的清除率与抗坏血酸的浓度均在一定浓度范围内呈现出良好的线性关系，将Y＝50代入各线性方程可得抗坏血酸的EC50为23.1μg/mL。
葡萄CQDs和抗坏血酸清除羟基自由基效果比较如下表1：
表1葡萄CQDs和抗坏血酸清除羟基自由基效果比较.
从表1可以看出，通过对比可以发现EC50越小，清除羟基自由基能力越强，表中葡萄CQDs的EC50为25.3μg/ml，清除率71.9％，对应的浓度为36.4μg/mL，与抗坏血酸相近。
