一种荧光探针及其制备方法与应用

1.本发明属于敷料技术领域，具体涉及一种荧光探针及其制备方法与应用。


背景技术：

2.大型自然灾害和工业事故会导致大量人员受伤，引发地区性医疗挤兑。皮肤创口最为常见，若不能及时处理或处理后不能及时换药，创口炎症可能引起感染，导致潜在的红肿、流脓、发热等症状，甚至可能导致死亡。
3.目前用于监测创口炎症的常见方法有两种：一种是基于专业医护人员对创口的观察，创口发炎会形成脓肿并有分泌液流出、出现热痛感、局部皮肤温度升高，但当医护人员忙于抢救重症患者时，对创口发炎等轻症的监测频率会降低；另一种是根据患者自身症状进行判断，创口发炎患者会出现全身症状，如发热、寒颤、创口处强烈性疼痛等。
4.但是，当这些症状出现时，病情可能加重，错过最佳治疗时期。因此，开发一种简单快速实时监测创口发炎的方法就显得至关重要。


技术实现要素：

5.为了综合解决上述问题，本发明提出了一种碳量子点敷料，可通过实时原位监测碳量子点敷料的颜色变化和荧光强度变化来判断创口发炎情况。该敷料具有无标记、简单、快速、无设备等特点，可用于监测创口炎症，加强对皮肤创口感染的预防，降低创口感染风险。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种荧光探针，以咖啡酸-对苯二胺为原料，其中咖啡酸与对苯二胺的质量比为15:1，采用水热合成法制备得到荧光探针，其粒径为3-5 nm，与o2•‑
发生特异性反应，产生颜色变化和荧光强度变化。
7.一种荧光探针的制备方法，包括以下步骤：步骤1：取咖啡酸和对苯二胺至烧杯中，加入乙醇溶解；步骤2：将步骤1的溶液倒入水热合成反应釜中，在真空干燥箱中以180 ℃反应12小时，然后自然冷却至室温；步骤3：用滤膜进行过滤，用旋转蒸发器去除溶剂，得到荧光探针。
8.优选的，步骤1的添加量为：270 mg咖啡酸、18 mg对苯二胺和20 ml乙醇。
9.一种荧光探针在敷料制备上的应用。
10.优选的，制备方法为：步骤1 ：将制备的荧光探针配置成浓度为1mg/ml的溶液；步骤2：用喷枪将荧光探针溶液均匀喷涂在医用敷料本体表面，每平方厘米附着荧光探针2 mg，得到荧光探针敷料。
11.一种荧光探针敷料在创口发炎监测方面的应用。
12.优选的，敷料应用于创口发炎的监测是基于颜色变化机理和荧光强度变化机理判
断创口发炎情况。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明的产品具有环保性，其使用无污染环境的材料制成。而且碳量子点的合成过程简便，只需使用一个反应容器即可完成，无多余的废物产生。最重要的是，碳量子点本身具有无毒性。
14.2.该产品结构简单，只需智能手机，无需额外电子元件和设备，从而有效节省了材料成本，并降低了生产成本。
15.3.该产品使用方便适用人群广，通过敷料上的颜色变化可以准确判断创口是否发生炎症，适用人群广泛。
16.4. 本发明制备的物质储存时间长，如图9所示，可达100天以上，且不易变质。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
18.在附图中：图1为在不同浓度的o2·-下，荧光探针溶液的颜色变化；图2为荧光探针在不同浓度o2·-条件下的r/g比值，插图为荧光探针的r/g比值与0-30 μμo2·-浓度的线性关系；图3 不同浓度o2·-下(0-50 μm) 荧光探针的荧光发射光谱(420 nm-650 nm)；图4 (a)普通敷料纤维的sem 图，(b)负载荧光探针后敷料纤维sem 图；图5 (a) 空白敷料和荧光探针敷料的红外光谱图，(b) 荧光探针的红外光谱图；图6 荧光探针敷料照片：(a)空白对照组；(b)加入50 μl pbs溶液；(c)加入50 μl o2·-溶液；图7为本发明的反应釜的照片；图8为本发明制备的荧光探针敷料的储存时间图；图9为本发明的荧光探针制备方法流程图。
具体实施方式
19.以下结合附图1-9对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
20.一种荧光探针，以咖啡酸-对苯二胺为原料，其中咖啡酸与对苯二胺的质量比为15:1，采用水热合成法制备得到荧光探针，其粒径为3-5 nm，与o2•‑
发生特异性反应，产生颜色变化和荧光强度变化。
21.一种荧光探针的制备方法，包括：步骤1：取270 mg(0.0015 mol)咖啡酸和18 mg(0.00017 mol)对苯二胺至烧杯中，加入20 ml乙醇溶解。
22.步骤2：将步骤1的溶液倒入水热合成反应釜中，在真空干燥箱中以180 ℃反应12小时，然后自然冷却至室温；步骤3：用孔径为0.22 μm的滤膜对步骤2的产物进行过滤，用旋转蒸发器去除溶
剂，得到 256 mg荧光探针。
23.一种荧光探针在敷料制备上的应用。具体制备方法为：步骤1 ：将制备的荧光探针配置成浓度为1mg/ml的溶液；步骤2：用喷枪将荧光探针溶液均匀喷涂在医用敷料本体（棉纱布型伤口敷料）表面，每平方厘米附着荧光探针2 mg，得到荧光探针敷料。
24.一种荧光探针敷料在创口发炎监测方面的应用。敷料应用于创口发炎的监测是基于颜色变化机理和荧光强度变化机理判断创口发炎情况。具体应用于智能可拍摄设备对创口发炎的监测。
25.荧光探针敷料附着在创口上，其中荧光探针与创口处的o2·-发生反应。当创口发炎时，o2·-含量升高，导致荧光探针敷料发生颜色变化。使用智能可拍摄设备（如手机）拍摄敷料，并通过软件提取创口处敷料照片的rgb值（苹果手机“f取色器”app，或电脑端photoshop软件提取图片像素点的rgb值），带入图2的工作曲线可对o2·-浓度进行定量，以判断创口是否发炎。其中工作曲线是由图二插图的数据得到的二元一次方程，（y=0.01511x+1.0258，r2=0.99246），其中y为r/g值，x为o2·-浓度 ，r/g值的范围为1.0258-1.4791，可检测的o2·-浓度范围为0-30 μm。
26.荧光探针敷料中的荧光探针可响应o2·-，由浅黄色变为红色。而色彩是由三原色rgb组成的。我们可以利用rgb值来反映特定的颜色。在实验中，我们通过不同浓度的o2·-得到了荧光探针显示的不同颜色对应的rgb值，具体浓度包括0、0.5、1、5、10、15、40、50和70 μm。当创口发生炎症时，创口内的o2·-含量会发生变化，进而荧光探针敷料的颜色也会发生相应变化。通过比对实验得到的rgb数据，我们可以确定o2·-的含量，并进一步判断创口是否发炎。此外，探针的荧光强度也会随着o2·-浓度的变化而改变，从而间接推断创口是否发生炎症。
27.具体如下：所述颜色变化的测试原理为：荧光探针对超氧阴离子的响应，具体是，取30 μl 荧光探针(1 mg/ml)溶液，加入不同体积的10 mm pbs溶液和o2·-溶液，溶液总体积为1 ml，溶液中o2·-浓度分别为0, 0.5, 1, 5, 10, 15, 40, 50, 70 μm，记录溶液颜色，利用智能手机读取溶液rgb值（苹果手机“f取色器”app，或电脑端用photoshop软件提取图片像素点的rgb值）。
28.荧光强度变化的测试原理为：荧光光谱测试，将荧光探针稀释至0.03 mg/ml，测试在不同浓度o2·-存在时探针的光谱变化，实现双模式检测。在荧光光谱实验中，测试所用激发波长为λ
ex
＝360 nm，发射波长为λ
em
＝470 nm，狭缝为5 nm。
29.荧光探针敷料的应用为了验证荧光探针敷料用于实时监测创口炎症的可行性，我们在荧光探针敷料上滴加o2·-溶液进行模拟。左侧敷料为空白对照组作为参考，中间敷料滴加50 μl ph值为7.4的pbs溶液，右侧敷料滴加50 μl o2·-溶液。由图6可得，荧光探针敷料功能区域呈淡黄色。功能区域滴入pbs溶液后，颜色没有发生明显变化。而加入o2·-溶液后，敷料功能区域的颜色呈红色，与预期结果相符。这表明敷料上的荧光探针具有良好的稳定性、高效识别o2·-的能力和较强的反应灵敏度。因此，该荧光探针敷料可以应用于创口炎症的实时监测之中。
30.实验：
1. 荧光探针对o2·-的颜色变化为得到荧光探针对不同浓度o2·-的响应结果，对其溶液颜色进行了记录。由图1可得，溶液从左往右o2·-浓度分别0，0.5，1，5，10，15，20，30，40，50，70μm。o2·-浓度为0时，溶液颜色为淡黄色，随着o2·-浓度增加，溶液颜色由淡黄色向红色转变。当o2·-浓度为0-5 μm时颜色逐渐加深，当浓度为5 μm时颜色开始向红色转变并逐渐加深，当浓度为50 μm后反应完全，颜色不发生变化。
31.2. 荧光探针对o2·-的rgb变化为将信号变化定量并寻找变化规律，利用智能手机提取溶液的rgb值（使用手机对使用后的敷料进行拍照，利用软件获取rgb值）。自然界中肉眼所可见的任何颜色都可用红色(r, red)、绿色(g, green)和蓝色(b, blue)混合叠加而成，所以我们提取rgb值可将溶液颜色数字化。
32.由2可得，随着o2·-浓度增加，红色和绿色之间的比值(r/g)开始上升，表明溶液颜色发生变化。其中，o2·-浓度在0-1 μm之间时，数值增长幅度缓慢，溶液颜色变化不明显；o2·-浓度在5-40 μm之间时，数值增长幅度加快，颜色由黄色向红色开始变化，并且变化越来越明显。当o2·-浓度达到50 μm时，比值停止变化，反应完全趋于稳定。此外，溶液的r/g比值与0-30 μm的o2·-浓度呈较好的线性关系，相关系数r2=0.99246。因此，该方法可以用于o2·-的定量检测。
33.3. 探针荧光探针对超氧阴离子响应的荧光光谱为得到荧光探针响应后的荧光信号变化，利用荧光光谱仪检测其荧光强度。由图3可得，随着o2·-浓度不断增加，荧光探针在465 nm处发射峰的荧光强度呈现出稳定且明显的升高趋势。当o2·-浓度为50 μm时，其荧光强度增强约4倍。
34.4. 荧光探针敷料的表面形貌为得到荧光探针敷料修饰前后的形貌变化，利用sem对其进行观察。从图4(a)中可以明显地看出，未经荧光探针浸泡处理的敷料纤维表面非常平滑，几乎没有任何颗粒附着其上。经荧光探针处理后，图4(b)所示的敷料sem图呈现出凹凸不平的表面形态，这是由于荧光探针负载在敷料纤维表面所导致的。因此，我们可观察到，荧光探针已成功附着在敷料纤维上。
35.5. 荧光探针敷料的红外光谱为证明荧光探针已修饰到敷料表面，利用傅立叶红外光谱对其进行表征。由图5(a)可得，荧光探针修饰的敷料与空白敷料的红外光谱有明显差别。在1600 cm-1
处有特征吸收峰存在，对应基团是羰基；在1300 cm-1
左右处有特征吸收峰，对应基团是羧基。在3000-3500 cm-1
处有宽吸收峰，对应基团是羟基。可能存在氨基，但氨基吸收峰被羟基吸收峰覆盖。这与图5(b)的荧光探针红外光谱图所表现的基团吻合，说明荧光探针表面可能含有大量的羰基、羧基、羟基和胺基。此外，荧光探针能够良好地附着在敷料表面，这为快速监测创口发炎情况提供了可行性。
36.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等效物界定。

技术特征：
1.一种荧光探针，其特征在于：以咖啡酸-对苯二胺为原料，其中咖啡酸与对苯二胺的质量比为15:1，采用水热合成法制备得到荧光探针。2.根据权利要求1所述的荧光探针，其特征在于：荧光探针的粒径为3-5 nm，其与o2•‑
发生特异性反应，产生颜色变化和荧光强度变化。3.一种荧光探针的制备方法，其特征在于：步骤1：取咖啡酸和对苯二胺至烧杯中，加入乙醇溶解；步骤2：将步骤1的溶液倒入水热合成反应釜中，在真空干燥箱中以180 ℃反应12小时，然后自然冷却至室温；步骤3：用滤膜进行过滤，用旋转蒸发器去除溶剂，得到荧光探针。4.根据权利要求3所述的一种荧光探针的制备方法，其特征在于：步骤1的添加量为：270 mg咖啡酸、18 mg对苯二胺和20 ml乙醇。5.如权利要求3或4所述制备的一种荧光探针在敷料制备上的应用。6.根据权利要求5所述的一种荧光探针在敷料制备上的应用，其特征在于：制备方法为：步骤1 ：将制备的荧光探针配置成浓度为1mg/ml的溶液；步骤2：用喷枪将荧光探针溶液均匀喷涂在医用敷料本体表面，每平方厘米附着荧光探针2 mg，得到荧光探针敷料。7.如权利要求6所述制备的一种荧光探针敷料在创口发炎监测方面的应用。8.根据权利要求7所述的一种荧光探针敷料在创口发炎监测方面的应用，其特征在于：敷料应用于创口发炎的监测是基于颜色变化机理和荧光强度变化机理判断创口发炎情况。

技术总结
本发明提出了一种荧光探针及其制备方法与应用。属于敷料技术领域，解决目前皮肤创口炎症不能简单、快速判断且不能长时间储存的技术问题，具体公开了一种荧光探针，以咖啡酸-对苯二胺为原料，其中咖啡酸与对苯二胺的质量比为15:1，采用水热合成法，其粒径为3-5 nm，与O2•‑


技术研发人员：杨帆 项龙飞 张梅 张赛 宋新蕾 时佳梦 王赠凯 袁中轩
受保护的技术使用者：德州学院
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/9/16