本发明属于检测分析技术领域，尤其涉及一种用于阴道ph检测的荧光碳点及其制备方法。
背景技术：
正常情况下，女性阴道内以乳酸菌为优势菌,乳酸菌维持阴道的酸性环境，并维持阴道的微生态平衡，其正常ph值为弱酸性，大约3.8-4.4。当阴道内环境发生改变，出现大量杂菌和白细胞时，ph值上升，表明生殖道有炎症。传统的阴道ph测定采用显色剂显色法，显色不够稳定，需在短时间内完成测试，其检测灵敏度不够高，存在一定的误差。因此开发高灵敏的ph检测方法对女性身体健康有重要意义。
刚果红(cr)[二苯基-4，4’-二(偶氮-2-)-1-氨基萘-4-磺酸钠]是常用的偶氮染料之一，分子结构中含有两个偶氮键(-n＝n-)发色团，具有复杂的化学结构，在水中极易溶解[1]。刚果红(cr)是一种得到广泛应用的染料，在生物染色[2-4]、造纸、橡胶、塑料、纺织、ph值指示剂等方面具有较多的应用。刚果红结构稳定，具有极高的毒性和抗降解能力。尽管刚果红是重要的染料，刚果红在低电压下能够在电极表面聚合反应成膜，但尚未证明其可通过电化学途径制备碳点。虽然电化学制备碳点的方法具有简单快速、碳点均一性好等优点备受青睐，但因为碳点是尺寸小于10nm具有强荧光性能的纳米材料，如何控制聚合、碳化、钝化反应得到纳米碳点，并使碳点对特定目标响应是一大难题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供用于阴道ph检测的荧光碳点及其制备方法，本发明通过电化学方法在9-12v电势下成功地用刚果红合成了明亮蓝色发光碳点(bluecarbondots,blue-cds)，当在354nm激发时，blue-cds在430nm处显示出强发射峰。blue-cds对ph具有很高的灵敏度,有效ph检测范围涵盖阴道内正常区间，检测工作曲线良好，将blue-cds喷涂到滤纸表面，结合手机拍照技术实现了准确的定量。
本发明的用于阴道ph检测的荧光碳点，以刚果红为原料，通过电化学方法制备，c、n、o元素百分含量分别为56.7％、8.6％、34.7％，紫外光条件下，最大激发波长为354nm。
本发明的用于阴道ph检测的荧光碳点的制备方法，按照以下按步骤进行：
将刚果红添加到装有nacl溶液中，其中摩尔浓度刚果红：nacl＝(0.005-0.01)：1，然后摇动溶液至溶解；
置于电解装置，插入电极并打开电源后，在9-12v电压下电解16-25min，溶液从红色逐渐变成黄色，形成blue-cds蓝色荧光碳点，形成的blue-cds通过透析袋纯化20h，除去nacl和未反应的刚果红，得到透析好的blue-cds荧光碳点溶液。
所述的nacl浓度为0.05-0.20m。
所述的透析袋分子截留mw＝1000。
采用上述荧光碳点进行阴道ph检测按照以下步骤进行：
将阴道分泌物样本制成溶液，具体是用无菌拭子或无菌棉签插入阴道兵或后穹窿处旋转5-8圈，停留10秒以上，取出后需能够清晰看到分泌物附着，否则需重新取样，将拭子或棉签头部插入3ml无菌生理盐水中，制得阴道分泌物样本溶液；将其与荧光碳点溶液按照体积比1：1的比例混合，反应2min后，在紫外灯下测定荧光强度或荧光光谱，通过强度计算ph值，ph的检测精度为0.001；
或者将透析好的荧光碳点溶液装入喷壶中，喷壶距离pvdf膜10cm，均匀多次喷射碳点溶液，置于烘箱干燥后，重复喷雾5次以上，确保碳点膜均匀高亮度，即得到负载荧光碳点的pvdf膜，将喷有blue-cds的pvdf膜片浸泡在阴道分泌物样本溶液中2min取出后，紫外灯下测定光强，与非浸泡膜片光强做比对，计算ph值，ph的检测精度为0.001。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
1)本发明开发了一种用于ph检测的新的碳点材料；采用本发明技术方案对ph的检测精度为0.001，高于ph计的0.01水平。
2)本发明将碳点负载于pvdf膜上，实现可视化检测。
3)本发明通过控制电极电压和电解质浓度实现了有机物在电极表面的聚合、碳化、钝化速度和程度，电解质浓度过低时，聚合过慢很难形成碳点，电压过低时有机物不能碳化和钝化，也不能形成碳点，因此电压控制在9～12v。同时创造性地发现碳点的识别能力基本能够继承碳源分子的识别能力，主要原因是碳点表面保留了碳源分子化学键。
附图说明
图1是本发明的blue-cds紫外可见光谱(a)和荧光光谱图(b)；
图2是碳点的透射电镜图；
图3是调节ph后碳点溶液荧光光谱；
图4是碳点溶液检测ph的荧光光谱图(a)和工作曲线(b)；
图5是本发明实施例的荧光试纸测试装置示意图；
图6是本发明实施例碳点pvdf膜对ph响应图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的电解装置由中国台湾凯心有限公司提供。
本发明实施例的用于阴道ph检测的荧光碳点的制备方法，按照以下按步骤进行：
将刚果红添加到装有nacl溶液中，其中摩尔浓度刚果红：nacl＝(0.005-0.01)：1，其中nacl浓度为0.05-0.20m，然后摇动溶液至溶解；
置于电解装置插入电极并打开电源后，电解16-25min，溶液从红色逐渐变成黄色，形成blue-cds蓝色荧光碳点，形成的blue-cds通过透析袋(分子截留mw＝1000)纯化20h，除去nacl和未反应的刚果红，得到透析后的blue-cds碳点溶液。
本发明的制备步骤中，在9-12v的电压下电解20min，刚果红在阳极发生了聚合、碳化和钝化，并得到了blue-cds，将其通过1000da的透析袋纯化和稀释10倍后，测得紫外吸收光谱和荧光光谱图如图1所示，碳点具有290nm和354nm两个吸收峰，分别为п-п*和n-п*跃，考虑实际效用，选用354nm作为blue-cds的最大激发波长。在365nmuv光灯的照射下表现出强烈的蓝色发光,绝对量子产率为29％，高的量子产率意味着可做于高灵敏检测。
碳点的透射电镜图如图2所示，显示了平均大小为1.8nm的准球形单分散纳米颗粒，碳点的晶格条纹的平面间距为0.22nm，代表了石墨碳的(200)晶相。经红外光谱分析，通过电解刚果红得到的碳点有以下基团c＝n(1641cm-1)，c＝c(1503cm-1),c-n(1126cm-1),c-o(974cm-1)。采用x射线光电子能谱(xps)分析blue-cds，发现其c、n、o元素百分含量分别为56.7％、8.6％、34.7％。
将blue-cds溶液稀释10倍后用于ph的传感检测，碳点响应时间非常快，对ph响应时间为2min；将碳点置于不同ph条件下包括ph＝1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，5.5，6，6.5，7，8，9，10，11。常温下反应2min后，于荧光分光光度计上测得其荧光光谱图，如图3所示。据图3可知，溶液ph值降低后荧光强度会立即变化，本实施例选择了2min作为ph响应时间。在ph值在1～5内，荧光强度随ph值的增大而减小，呈良好线性关系，其r2＝0.992，(f-f0)/f0＝-0.184x 0.905,f0和f分别为调节ph前后的416nm处的光强值。对空白样品重复3次实验后，测得我们的检测ph灵敏度为0.005，选高现有的ph计检测结果。工作曲线之后到ph＝11的范围内荧光强度都趋于稳定，基本不随ph值的变化而变化(如图4)。blue-cds荧光强度随着放置温度的升高而增大，这说明ph淬灭blue-cds的方式是静态淬灭。
采用上述荧光碳点进行阴道ph检测按照以下步骤进行：
在4-8名志愿者身上进行阴道分泌物取样，将拭子置于阴道5cm处取样，需能够清晰看到附着物，将拭子置于5ml超纯水中搅拌3-5min,取1ml溶液与1ml碳点溶液混合反应2min后，在紫外灯下测定荧光强度或荧光光谱，通过强度计算ph，样本检测得到的结果如表1所示。
或者将透析好的碳点装入喷壶中，喷壶距离pvdf膜10cm，均匀多次喷射碳点溶液，置于烘箱干燥后，重复喷雾5次以上，确保碳点膜均匀高亮度，即得到负载荧光碳点的pvdf膜，将喷有blue-cds的pvdf膜片浸泡在溶液中2min取出后，紫外灯下测定光强，与非浸泡膜片光强做比对。
在对物体图像化过程中，图像最终的颜色由光源、物体、相机三部分共同决定的，可表示为：
其中，r0、g0、b0为红、绿、蓝颜色响应值，i0为光源光强，s(λ)为样品对同波长的光响应，d(λ)为检测相机对不同波长的响应值。由公式可得出，光源、光源与样品的距离、样品与相机的距离等因素变化时，被测样品的颜色都将发生变化。因此，为了避免结果的产生波动，本发明实施例构建了一种基于摄像头识别的可重复测定样品方法的装置。示意图如图5所示，使用365nm紫外灯对样品进行激发，在摄像头前装一滤紫外光效率为99％的玻璃，可实现准确的荧光检测功能。
本实施例制备的碳点pvdf膜对ph也具有良好的响应，ph改变后，碳膜的变化如图6所示，ph>6时荧光强度不会发生明显改变，ph在2-5变小时，荧光光强逐渐减弱，从而证明本实施例的荧光碳点试纸具有良好的检测结果如表1所示。
表1实施例对于样品的ph定量检测结果
综上，本发明利用刚果红荧光碳点，实现了对志愿者体内阴道环境的准确测试，测试结果与ph计测量的真实结果非常相近，但更为准确，可以达到小数点后第3位。用blue-cds构建的pvdf膜对ph也具有准确检测，检测数值较blue-cds溶液的环境非常接近。因此，基于刚果红制备的碳纳米点及其制备的膜可实现对ph的准确测量，从而实现对阴道炎的检测。
1.一种用于阴道ph检测的荧光碳点，其特征在于以刚果红为原料，通过电化学方法制备，c、n、o元素百分含量分别为56.7％、8.6％、34.7％，紫外光条件下，最大激发波长为354nm。
2.如权利要求1所述的一种用于阴道ph检测的荧光碳点的制备方法，其特征在于按照以下按步骤进行：
将刚果红添加到装有nacl溶液中，其中摩尔浓度刚果红：nacl＝(0.005-0.01)：1，然后摇动溶液至溶解；
置于电解装置，插入电极并打开电源后，在9-12v电压下电解16-25min，溶液从红色逐渐变成黄色，形成blue-cds蓝色荧光碳点，形成的blue-cds通过透析袋纯化20h，除去nacl和未反应的刚果红，得到透析好的blue-cds荧光碳点溶液。
3.根据权利要求2所述的一种用于阴道ph检测的荧光碳点的制备方法，其特征在于所述的nacl浓度为0.05-0.20m。
4.根据权利要求2所述的一种用于阴道ph检测的荧光碳点的制备方法，其特征在于所述的透析袋分子截留mw＝1000。
5.如权利要求1所述的用于阴道ph检测的荧光碳点进行阴道ph检测的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
将阴道分泌物样本溶液与荧光碳点溶液按照体积比1：1的比例混合，反应2min后，在紫外灯下测定荧光强度或荧光光谱，通过强度计算ph值，ph的检测精度为0.001；
或者将透析好的荧光碳点溶液装入喷壶中，喷壶距离pvdf膜10cm，均匀多次喷射碳点溶液，置于烘箱干燥后，重复喷雾5次以上，确保碳点膜均匀高亮度，即得到负载荧光碳点的pvdf膜，将喷有blue-cds的pvdf膜片浸泡在阴道分泌物样本溶液中2min取出后，紫外灯下测定光强，与非浸泡膜片光强做比对，计算ph值，ph的检测精度为0.001。
6.如权利要求5所述的用于阴道ph检测的荧光碳点进行阴道ph检测的方法，其特征在于所述的阴道分泌物样本为阴道后位的分泌物，阴道分泌物样本溶液的制备方法是用无菌拭子或无菌棉签插入阴道兵或后穹窿处旋转5-8圈，停留10秒以上，取出后，需能够清晰看到分泌物附着，否则需重新取样，将拭子或棉签头部插入3ml无菌生理盐水中，搅动15s左右，制得阴道分泌物样本溶液。
技术总结