本發(fā)明涉及自由基清除技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用廢綠茶制備的碳量子點(diǎn)應(yīng)用于dpph自由基的清除。

背景技術(shù)：

自由基，化學(xué)上也稱為“游離基”，是指化合物的分子在光熱等外界條件下，共價(jià)鍵發(fā)生均裂而形成的具有不成對(duì)電子的原子或基團(tuán)。在人體中自由基原子或具有不成對(duì)電子的分子通常是通過(guò)人體的一系列酶促或非酶促氧化反應(yīng)產(chǎn)生的。當(dāng)人體處于正常生理?xiàng)l件下時(shí)，一定數(shù)量的自由基在維持正常生理功能中起著重要作用，例如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，對(duì)微生物的外部入侵的抵抗力和基因表達(dá)。但是，在某些病理狀況下，人體可能會(huì)產(chǎn)生大量自由基，并可能對(duì)人體的脂質(zhì)，蛋白質(zhì)甚至dna造成不可逆轉(zhuǎn)的損害，從而導(dǎo)致一系列疾病。

盡管人體本身可以自發(fā)地將部分自由基從體內(nèi)清除，但是在日常生活中，人們還是喜歡吃一些抗氧化劑的蔬菜，水果和干果食品，來(lái)改善人體的自由基環(huán)境。《美國(guó)時(shí)報(bào)》雜志選擇了十種抗氧化劑保健品食物，包括番茄，菠菜，堅(jiān)果，西蘭花，燕麥，魷魚，草莓，大蒜，綠茶和葡萄等。可能由于它們富含維生素或纖維，因此可以消除體內(nèi)過(guò)多的自由基，防止某些疾病的發(fā)生或發(fā)展。

除了日常食物外，人們還在積極尋找具有安全性的新物質(zhì)來(lái)減少自由基對(duì)人體的傷害。碳是自然界中最豐富的元素之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種生活領(lǐng)域。尤其是碳納米材料的發(fā)現(xiàn)，例如富勒烯，碳納米管和石墨烯，使得科學(xué)家越來(lái)越關(guān)注這種新型材料。隨著碳納米材料的不斷探索，它們的應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到各個(gè)領(lǐng)域，例如化學(xué)傳感器和生物傳感器，生物成像，藥物輸送等。在2005年，科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基和黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生的超氧化物自由基可以被一種碳納米管清除，這一發(fā)現(xiàn)開啟了納米材料應(yīng)用的新篇章。隨著對(duì)自由基研究的逐步深入，科學(xué)家們?cè)絹?lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，清除多余自由基的措施有益于某些疾病的預(yù)防和治療，而自由基清除劑的研究對(duì)人體健康的意義便顯得更為重大。因此，開發(fā)和利用高效無(wú)毒的天然抗氧化劑——自由基清除劑，已成為當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。

已有報(bào)道以蜂蜜糖漿為碳源通過(guò)微波處理合成的碳量子點(diǎn)可用于清除體內(nèi)和體外模型中的自由基；以大蒜為碳源通過(guò)水熱處理合成的藍(lán)色熒光碳量子點(diǎn)可以清除1,1-二苯基-2-吡啶并肼基(dpph)自由基；從黑大豆中制備的n摻雜碳點(diǎn)對(duì)dpph和超氧陰離子自由基具有清除活性。

我國(guó)是茶葉生產(chǎn)大國(guó)，其中以綠茶生產(chǎn)為主，綠茶產(chǎn)量分別約占全國(guó)茶葉總產(chǎn)量的73％和世界綠茶總產(chǎn)量的70％，2019年綠茶產(chǎn)量達(dá)到177.28萬(wàn)噸。茶葉浸泡后產(chǎn)生大量的廢茶葉殘?jiān)?，帶?lái)一定環(huán)境問(wèn)題。因此，開發(fā)和利用綠茶的廢茶葉殘?jiān)鳛樘荚春铣闪孔狱c(diǎn)成為本領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用廢綠茶殘?jiān)苽涮剂孔狱c(diǎn)的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：將干的廢綠茶殘?jiān)c純水進(jìn)行水熱反應(yīng)，所得產(chǎn)物溶液經(jīng)透析處理后冷凍干燥，即得碳量子點(diǎn)。

具體步驟為：

s1.將泡用過(guò)的廢綠茶殘?jiān)贸兯逑慈?，以去除表面附著雜質(zhì)；

s2.清洗后廢綠茶殘?jiān)诤嫦?0℃-80℃烘干，備用；

s3.取5g-8g廢綠茶殘?jiān)菰?00ml超純水中，將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱反應(yīng)器中；

s4.在烘箱中160℃-200℃下反應(yīng)3h-6h；

s5.將聚四氟乙烯反應(yīng)器冷卻至室溫，將獲得的溶液以4000rpm-6000rpm離心10-20min，通過(guò)500-1000da的透析袋透析處理1天，優(yōu)選每隔6-8h換一次水，即得到純凈的碳量子點(diǎn)水溶液；

s6.將上述碳量子點(diǎn)水溶液在冰箱冷凍室中預(yù)冷凍18-30h，得到碳量子點(diǎn)的冷凍液；開啟冷凍干燥機(jī)，優(yōu)選在-60℃預(yù)冷3-5h，而后加入待干燥的碳量子點(diǎn)冷凍液，冷凍干燥溫度為-55至-60℃之間，冷凍干燥時(shí)間為26-48h，將經(jīng)過(guò)冷凍干燥后的產(chǎn)品進(jìn)一步在真空烘箱中35-60℃烘干40-70h，即得到碳量子點(diǎn)材料。

本發(fā)明的另一目的是并用于dpph自由基的清除，以提供綠色環(huán)保和高效的自由基清除方法。將一定濃度的廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液加入dpph的乙醇溶液后即可。優(yōu)選廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液的濃度為5-18.7μg/ml。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果至少包括：

(1)本發(fā)明利用水熱法對(duì)廢茶葉渣進(jìn)行處理，制備出了對(duì)dpph自由基具有一定清除作用的碳量子點(diǎn)，制備步驟簡(jiǎn)單，使用的原料為廢綠茶殘?jiān)?，變廢為寶，僅需一步水熱反應(yīng)，即可得到目標(biāo)碳量子點(diǎn)。

(2)本發(fā)明的碳量子點(diǎn)粒徑在3nm左右，透射電鏡圖表明其具有良好的分散性；紅外光譜表明其表面有羥基、羰基等親水基團(tuán)，水溶性好。

(3)本發(fā)明的碳量子點(diǎn)用于dpph自由基清除，清除率可高達(dá)94.2％，與抗壞血酸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)于dpph自由基的清除率與抗壞血酸的清除率相當(dāng)(抗壞血酸清除率94.5％)，有望成為抗壞血酸的理想替代品。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的利用廢綠茶殘?jiān)疅岱ㄋ锰剂孔狱c(diǎn)的透射電鏡圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的廢綠茶碳點(diǎn)的粒徑分布圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的廢綠茶碳點(diǎn)的紅外光譜圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2提供的dpph自由基清除率與廢綠茶碳量子點(diǎn)濃度關(guān)系曲線；

圖5是本發(fā)明對(duì)比例1提供的dpph自由基清除率與抗會(huì)血酸濃度關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

【實(shí)施例1】利用廢綠茶殘?jiān)疅岱ㄖ苽涮剂孔狱c(diǎn)

s1.將泡用過(guò)的廢綠茶殘?jiān)贸兯逑慈危匀コ枞~表面附著的雜質(zhì)；

s2.清洗后廢綠茶殘?jiān)诤嫦?0℃烘干，備用；

s3.取6g廢綠茶殘?jiān)菰?00ml超純水中，將其轉(zhuǎn)移至200ml聚四氟乙烯水熱反應(yīng)器中；

s4.在烘箱中180℃下反應(yīng)4h；

s5.將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)器冷卻至室溫后，將獲得的溶液以5000rpm離心20min，通過(guò)500-1000da的透析袋透析處理1天，每隔6h換一次水，即得到純凈的碳量子點(diǎn)水溶液；

s6.將上述碳量子點(diǎn)水溶液在冰箱冷凍室中預(yù)冷凍30小時(shí)，得到碳量子點(diǎn)的冷凍液；開啟冷凍干燥機(jī)，在-60℃預(yù)冷3h，而后加入待干燥的碳量子點(diǎn)冷凍液，冷凍干燥溫度為-55至-60℃之間，冷凍干燥時(shí)間為40h，將經(jīng)過(guò)冷凍干燥后的產(chǎn)品進(jìn)一步在真空烘箱中50℃烘干60h，即得到碳量子點(diǎn)材料。

使用透射電鏡對(duì)碳量子點(diǎn)進(jìn)行形貌表征，如圖1和圖2所示，為碳量子點(diǎn)的透射電鏡圖。從圖中可以看出，以廢綠茶殘?jiān)鼮樘荚矗盟疅岱ㄖ频玫奶剂孔狱c(diǎn)的粒徑為3nm左右，未有團(tuán)聚或聚集現(xiàn)象，分散性良好。

圖3所示的廢綠茶碳點(diǎn)的紅外光譜表明，在3000-3600cm-1之間的寬吸收帶為-oh的伸縮振動(dòng)吸收峰；在1700cm-1左右的吸收峰則為c＝o的伸縮振動(dòng)吸收峰；出現(xiàn)在1000cm-1左右的吸收峰則歸屬為c-oh的伸縮振動(dòng)。以上結(jié)果表明碳點(diǎn)的表面含有大量的富電子基團(tuán)，這些基團(tuán)不僅可以與未成對(duì)的電子進(jìn)行配對(duì)，同時(shí)也增加了碳點(diǎn)在水溶液中的分散性。

【實(shí)施例2】利用廢綠茶碳量子點(diǎn)清除dpph自由基

s1.取0.1g碳量子點(diǎn)于燒杯中，用去離子水溶解后，定容于100ml容量瓶中，其濃度為1.0mg/ml廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液。

s2.分別取1.0mg/ml廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液0μl,5μl,10μl,15μl,20μl,25μl,30μl,35μl,40μl,45μl,50μl于2ml100μmol/l的dpph乙醇溶液中，室溫下，振搖反應(yīng)3min，倒入比色皿中，使用uv-2450型紫外可見分光光度計(jì)，分別記錄最大吸收波長(zhǎng)520nm處吸收值a0及ai，結(jié)果見表1。

s3.dpph自由基清除率按照以下公式進(jìn)行：

式(1)中，

a0表示dpph乙醇溶液不含自由基清除劑時(shí)其在520nm處的吸光度值；

ai表示向dpph乙醇溶液中加入一定濃度自由基清除劑后，振搖反應(yīng)1min后該溶液在520nm處的吸光度值。

s4.根據(jù)測(cè)得的吸收值按s3中清除率公式分別計(jì)算清除率，并建立碳量子點(diǎn)濃度與清除率關(guān)系曲線圖4。由圖4可知，廢綠茶碳量子點(diǎn)作為dpph自由基清除液對(duì)于dpph自由基的清除率隨著濃度的增加而逐漸增大，dpph自由基的清除率與廢綠茶碳量子點(diǎn)的濃度在0-18.7μg/ml范圍內(nèi)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，最終對(duì)dpph自由基的清除率逐步趨于穩(wěn)定。

s5.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液濃度在0-18.7μg/ml范圍內(nèi)與dpph自由基清除率的線性方程為y＝5.09c-0.731。將y＝50代入線性方程式，可得綠茶碳量子點(diǎn)對(duì)于清除dpph自由基的ec50值，即dpph自由基清除率達(dá)到50％時(shí)所需加入的dpph自由基清除液的濃度。結(jié)果見表2。

表1不同濃度廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液的dpph自由基清除率

【對(duì)比例1】抗壞血酸清除dpph自由基

s1.準(zhǔn)確稱取0.0500g分析純抗壞血酸，于燒杯中用去離子水溶解后，定容于100ml容量瓶中，得0.5mg/ml的抗壞血酸溶液，備用。

s2.取2ml100μmol/l的dpph乙醇溶液于比色皿中，分別加入0μl,2μl,4μl,6μl,8μl,10μl,12μl,14μl,16μl,18μl的0.5mg/ml的抗壞血酸溶液，室溫下，振搖反應(yīng)3min，使用uv-2450型紫外可見分光光度計(jì)，分別記錄最大吸收波長(zhǎng)520nm處吸收值a0及ai，

s3.根據(jù)測(cè)得的吸收值按式(1)分別計(jì)算dpph自由基清除率，并建立抗壞血酸濃度與清除率關(guān)系曲線圖5。由圖5可知，抗壞血酸作為dpph自由基清除液對(duì)于dpph自由基的清除率隨著濃度的增加而逐漸增大，dpph自由基的清除率與抗壞血酸的濃度在0-4.2μg/ml范圍內(nèi)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，最終對(duì)dpph自由基的清除率逐步趨于穩(wěn)定。

s4.同樣根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出抗壞血酸溶液濃度在0-4.2μg/ml范圍內(nèi)與dpph自由基清除率的線性方程為y＝22.9c-0.280。將y＝50代入線性方程式，可得抗壞血酸對(duì)于清除dpph自由基的ec50值，即dpph自由基清除率達(dá)到50％時(shí)所需加入的dpph自由基清除液的濃度。結(jié)果見表2。

表2廢綠茶碳量子點(diǎn)溶液和抗壞血酸對(duì)dpph自由基清除率的比較

抗壞血酸對(duì)dpph自由基的清除作用包括傳遞電子、傳遞質(zhì)子與dpph自由基使其生成dpph2的過(guò)程，也包括通過(guò)還原dpph+氮-氮雙鍵使其分解成三硝基苯胺的清除作用，因此對(duì)dpph自由基清除效果較好。文獻(xiàn)通常對(duì)比與抗壞血酸對(duì)dpph自由基清除率，評(píng)價(jià)dpph自由基清除效果。從上表可見，廢綠茶碳量子點(diǎn)對(duì)dpph自由基清除效率達(dá)94.2％，接近抗壞血酸的94.5％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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