[发明专利]一种铁氮掺杂石墨烯量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铁氮掺杂石墨烯量子点及其制备方法和检测L‑半胱氨酸的应用，属于新材料领域。所述铁氮掺杂石墨烯量子点制备方法，包括：将血红素在氨水介质中进行水热反应，制得铁氮掺杂石墨烯量子点。本发明选择具有过氧化物酶性能的血红素作为原料，利用氨水为介质，通过自下而上的一步水热法制备了具有较高拟过氧化物酶活性的铁氮掺杂石墨烯量子点，合成策略经济、绿色、产率高。基于铁氮掺杂石墨烯量子点的拟过氧化物酶性质，本发明提出了一种可用于选择性检测L‑Cys的比色传感方法，该种方法具有较低的检测限，在L‑Cys的实际样品分析中具有一定的应用价值。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种铁氮掺杂石墨烯量子点及其制备方法和检测L-半胱氨酸的应用。

背景技术

天然酶几乎参与了生命体中所有的细胞代谢过程，被广泛应用于制药、化工、食品加工和农业等领域。天然酶通过多价效应能够产生特殊的三维结构，因此其催化行为具有高度特异性。此外，天然酶在相对温和的条件下便能表现出很高的催化活性。对于某些特殊的化学反应，反应速率可以提高10¹⁰-10¹⁵倍。然而，天然酶在严苛的反应环境中结构不稳定、容易变性，导致其催化活性大幅下降。此外，天然酶的制备、纯化和储存的成本较高，这也限制了其应用范围。为了解决上述问题，科学家们开发了称为“人工酶”的天然酶替代品。伴随着研究的深入，人们发现某些纳米材料具有催化性能，并具有和天然酶类似的酶样特性，如具有底物特异性、符合天然酶催化的动力学模型等。因此，这些特殊的纳米材料被定义为“纳米酶”。纳米酶的理念源于天然酶，但与天然酶和传统人工酶相比，纳米酶性质稳定、成本低廉、制备过程简单，同时还拥有纳米材料独特的物理化学性质，例如磁学或光学性质等。因此，纳米酶成为近年来的研究热点之一。

纳米酶按纳米材料类别可分为金属纳米粒子纳米酶、金属氧化物纳米酶及非金属纳米酶，按照酶类别可分为拟过氧化物酶、拟氧化物酶、拟过氧化氢酶、拟超氧化物歧化酶等。目前纳米酶已经作为天然酶的替代品被广泛应用于生物传感、抗菌治疗、癌症诊疗及环境保护等领域，成为多学科交叉的研究热点。拟过氧化物酶是纳米酶研究领域中的重要分支。

石墨烯量子点(GQDs)是高附加值纳米碳家族的最新成员，其具有原子级的厚度、纳米尺度的平面结构、优异的生物相容性和水溶性。最近的研究表明，具有特定结构的GQDs具有优异的纳米酶活性。与其他碳基纳米酶相比，GQDs由于边缘可修饰亲水基团而具有良好的水溶性，可作为均相的纳米酶使用。此外，其独特的量子限域效应赋予了GQDs灵活可调的光学性能，因而除了能够实现传统的比色检测之外，还可拓展在荧光检测及生物成像方面的应用。GQDs的制备方法包括“自上而下”和“自下而上”两种。其中，“自上而下”法是通过切割大尺寸的石墨化碳材料(比如石墨烯、碳纳米管、炭黑等)制备小尺寸的GQDs。所用的切割法包括在热的浓酸中的氧化切割、高电位下的电化学切割等。“自下而上”法是以多环芳烃等小分子为原料，在溶剂热或水热等条件下进行分子融合制备GQDs。与“自上而下”法相比，“自下而上”合成法具有产率高、反应过程简单等优势，并可通过调节碳源或掺杂剂便利地调控GQDs的结构和性质。以具有功能性的物质作为原料是制备功能性GQDs的重要途径。

发明内容

本发明通过简单的一步水热反应制得一种新的铁氮掺杂石墨烯量子点，该物质具有高的拟过氧化物酶活性，并能够用于L-半胱氨酸的灵敏检测。

本发明提供了一种铁氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，包括：将血红素在氨水介质中进行水热反应，制得铁氮掺杂石墨烯量子点。