[發明專利]一種碳量子點熒光雙網絡水凝膠及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010153111.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111205484B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 王沛;黃江波;顧雪嬌
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L5/12;C08L33/26;C08F220/56;C08F222/38;C08F2/48;C08K3/04;G01N21/64
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周瑩;李馨

本發明屬于功能材料制備及應用的技術領域，具體涉及一種碳量子點熒光雙網絡水凝膠及其制備方法與應用。本發明水凝膠以瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠為基體，碳量子點鍵合在所述瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠。采用高效的“一鍋法”制備得到瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠，將其浸泡在氮摻雜碳量子點溶液中，制得的水凝膠具備優異的力學強度和熒光性能。該熒光水凝膠對水中金屬離子具有猝滅現象，特別是對三價鐵離子熒光猝滅效果最明顯，特異性識別作用最強，最低檢測限約為3.64μmol/L(μM)，在80?160μM內呈現線性關系。本發明熒光水凝膠制備方法簡單，便于攜帶，拓寬了水凝膠在環境監檢測、生物醫用領域的應用范圍。

技術領域

本發明屬于功能材料制備及應用的技術領域，具體涉及一種碳量子點熒光雙網絡水凝膠及其制備方法與在水中金屬離子檢測中的應用。

背景技術

工業快速發展在帶來巨大經濟效益的同時，也對環境、水體造成了極大的破壞及污染。伴隨著礦山開采、工業電鍍、冶煉等工業活動的增加，同時也帶來了大量的工業含鐵廢水，雖然和汞、鉛、砷、鎘等離子相比，鐵離子對人和動物不會造成顯著危害，但鐵離子的危害具有累積性、不可降解性、和腐蝕性等特點，并且其在水中長期、大量堆積也會對水體造成嚴重的危害，因此，對水中鐵離子的檢測對于水污染的治理與保護具有十分重要的意義。

隨著人們環保意識的增強以及國家對于治理環境污染的決心，目前對于水中重金屬離子的檢測主要包括以下方法：極譜法、溶出伏安法、酶抑制法、原子吸收法、原子發射光譜法以及熒光探針法等。其中熒光探針法具有靈敏度高、操作簡便抗干擾強等優點而被廣泛用于離子檢測。

碳量子點(CDs)作為一種新型的熒光材料，和傳統的有機熒光物質相比，具有良好的水溶性，穩定的光學性能，低毒甚至無毒性，良好的生物相容性，易于進行改性等優勢，目前在離子檢測、生物影像等方面被廣泛應用。碳量子點作為新型的熒光探針，對于金屬離子具有高度的選擇性和敏感性，在特定的金屬離子作用下，碳量子點熒光發生猝滅，從而達到檢測金屬離子的效果。

但是由于碳量子點在水溶液中容易發生聚集誘導猝滅的趨勢，從而影響實際的檢測效果。因此找到一種合適的基體材料來作為承載碳量子點的基體具有十分重要的意義。水凝膠是一種具有三維網絡分子結構，能在水中充分溶脹而不溶解的高分子聚合物，并且水凝膠分子內部一般含有大量的親、疏水基團，可以和碳量子點表面基團(羧基、羥基)之間發生相互作用，不僅可以使碳量子點與凝膠之間結合的更加牢固，而且還能在一定程度上提高水凝膠的力學強度，因此，將水凝膠與碳量子點有機結合起來具有十分重要的意義。

目前，有關水凝膠與碳量子點的相關研究還較少，并且大多數都是針對單網絡水凝膠與碳量子點結合的研究，并且單網絡水凝膠由于受制于自身較差的力學強度，極大地限制了熒光單網絡水凝膠的進一步運用。

發明內容

為解決現有技術的問題，本發明的目的是提供一種碳量子點熒光雙網絡水凝膠及其制備方法，并提供了其在水中金屬離子檢測中的應用。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

本發明第一方面提供了一種碳量子點熒光雙網絡水凝膠，以瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠為基體，碳量子點鍵合在所述瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠。

上述技術方案中，進一步地，所述碳量子點為氮摻雜碳量子點，碳量子點粒徑2-10nm。

本發明第二方面提供了一種碳量子點熒光雙網絡水凝膠的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將瓊脂、丙烯酰胺、交聯劑、光引發劑溶于去離子水后，攪拌均勻，形成第一溶液；

(2)將第一溶液油浴加熱，待瓊脂完全溶解，形成第二溶液；

(3)將第二溶液注入模具內，紫外固化成型，形成瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠；