文摘
次氯酸盐(克罗−)由于其重要作用受到了人们的广泛关注在免疫防御和多种疾病的发病机制。然而,过度或错位ClO的生产−可能造成某些疾病。因此,确定其生物功能的深度,克罗−应该在生物系统进行测试。在这项研究中,一个简单,nitrogen-fluorine-doped碳量子点的合成(N, F-CDs)开发使用柠檬酸铵三元的,丙氨酸,在水热条件下氟化铵为原料。准备的N, F-CDs演示不仅强烈的蓝色荧光发射具有高荧光量子产率(26.3%)还小粒径大约2.9 nm,以及良好的水溶性和生物相容性。与此同时,和N, F-CDs表现出良好的性能在ClO的高度选择性和敏感检测−。因此,0 - 600的浓度响应范围宽μ检测极限较低(0.75μM)顺利地得到了N, F-CDs。基于优秀的荧光稳定性,良好的水溶性,和低细胞毒性、实用性和可行性的荧光复合材料也成功地通过检测ClO验证−在水样和生活生264.7细胞。该探测器预计将为检测ClO提供一种新方法−在其他细胞器。
1。介绍
次氯酸钠浓度在10−5和10−2mol / L被广泛用作家用漂白剂和消毒剂(1,2]。克罗−是一个重要的类型的活性氧,广泛应用于生活的抗菌免疫系统(3,4]。广泛用于日常生活作为水处理消毒剂和家用清洁剂(5]。然而,过度的活性氧水平可能会导致某些病理组织老化等问题,慢性炎性疾病,和膀胱癌4,6]。因此,一个有效的方法检测克洛−应该建立在环境水样和活细胞。
目前,已有多种方法被开发来检测和量化次氯酸盐,如电量(7),化学发光(8),电位(9),和比色方法10]。虽然这些方法提供了独特的优势,但他们仍然拥有一些限制,包括特种设备,繁琐的操作,复杂的样品制备,长时间。与其他分析方法相比,荧光探针提供固有好处由于其灵敏度高(11),优秀的特异性(12),简单操作(13,14)、低成本、短分析* (15),和深bioimaging能力(16),有利于应用策略在体外实验和体内成像研究。例如,McCarroll [17)检测HOCl pH-dependent调查报告。此外,某些HOCl探针可以监视HOCl活细胞。段et al。18提出了研究HOCl hepatoma-specific调查,元等。19)开发的双光子荧光探针HOCl成像在线粒体和溶酶体。尽管前体发挥至关重要的作用,提高量子产率和财产的cd,研究者报道许多前体和检测ClO准备不同的cd−并执行成像在体外和体内18- - - - - -20.]。内源性ClO方法−264.7原始细胞检测和测量使用nitrogen-fluorine-doped碳量子点(N, F-CDs)很少,有必要寻找前体和发展的敏感和有效的传感器。因此,设计有效的碳量子点ClO的定量分析−克罗和选择性成像−在原始264.7细胞具有十分重要的意义。
这里,N, F-CDs只是准备利用小说先驱通过锅热液的策略。显示的和复合材料优良的荧光性能,良好的水溶性,低毒性,生物相容性由于氮、氟掺杂。此外,N, F-CDs ClO表现出良好的选择性和灵敏度高−基于其独特的性能和有效的荧光猝灭。因此,我们成功地开发了一个有效的策略来定量分析克洛−在真正的水。此外,这个调查是无缝用于活细胞成像和内生ClO敏感的检测−264.7生活的原始细胞。
2。实验
2.1。材料
丙氨酸和脂多糖(LPS)从J&K购买科技有限公司(河北,中国)。柠檬酸三铵、氢氧化钠、氯化钠、氯化钡、次氯酸钠溶液,和K2Cr2O7由重庆东川东化工有限公司(中国重庆)。氟化铵和碘化钾Xilong科学所提供的有限公司(汕头,中国)。硫酸奎宁,L(+)抗坏血,氯化铜,磷酸氢二钠,磷酸二氢钾,钠碳酸氢盐、氯化钙、硫酸锰、氯化钾,半胱氨酸,佛波醇12-myristate 13-acetate (PMA),氯化氢(36.5%,w / w), BaCl2h·22O, MgCl2,ZnCl2K2年代2O8H2O2K2所以3,KMnO4是来自阿拉丁化学有限公司(上海,中国)。在所有实验用超纯水。
2.2。仪表和表征
日本岛津公司rf - 6000光谱仪(日本东京)是用于荧光强度测量。uv - 5500分光光度计(上海Metash仪器有限公司,中国)记录了紫外可见吸收光谱在20°C。的粒子大小N, F-CDs准确测量使用Tecnai G2F30仪器(美国热费希尔科学)。傅里叶变换红外(ir)光谱测量使用iS10傅立叶变换红外光谱仪(Nicolet公司(美国)。原子力显微镜(AFM)图像尺寸图标上获得(力量、德国)。探讨在N, N -和F-doping地位F-CDs、x射线光电子能谱(XPS)进行了使用250习乐器(热费希尔科学)。共焦显微镜图像获得使用UltraVIEW vox IX81(日本奥林巴斯)扫描。
2.3。制备N, F-CDs
柠檬酸铵三元的(243毫克)、丙氨酸(445毫克)、氟化铵(222毫克)作为前体被添加到10毫升的超纯水。混合物是由声波降解法仔细混合(10分钟),然后转移到polytetrafluoroethylene-lined高压釜在160°C(50毫升)和反应4 h在烤箱。随后,最终的解决方案是自然冷却到室温(25°C±10°C)使用0.22和纯化μm结束剂过滤去除大颗粒。
2.4。探针次氯酸盐的选择性和检测
制备复合材料的选择性估计通过添加各种离子和小分子。Na+H2阿宝4−、铁3 +,克罗3−,Cl−、钙2 +,没有3−、锰2 +,HCO3−、我、铜2 +,我−L(+)抗坏血酸、半胱氨酸、K+,英航2 +、镁2 +、锌2 +,克罗−,年代2O82−H2O2,所以32−、铬2O72−,MnO4−被添加到1.96毫升的N, F-CD解决方案(0.094毫克/毫升)。然后,荧光光谱测量在激发波长356 nm后5分钟。
ClO的敏感性−考察了在1.96毫升的N, F-CD解决方案(0.094毫克/毫升)。在一个典型的试验中,与不同浓度的荧光数据N, F-CDs克洛−(0.00,1.00,6.25,12.5,25.0,50.0,100年和600年μ米)。上述解决方案的发射光谱被记录在激发波长为356 nm。所有测量都重复五次。
2.5。实际样品分析
准备N的可行性和实用性,F-CDs-based探针被泛化测试不同水样的检测。湖、水龙头和游泳池水样收集从万峰湖(形意拳、中国),民族师范大学的形意拳(形意拳、中国),及其体育馆(形意拳、中国),分别。0.22所有原始样本过滤μm结束剂过滤去除大颗粒。ClO的浓度−水样检测使用发达的调查方法。总之,40μL水的样本添加到N, F-CD解决方案(0.094毫克/毫升,1.96毫升),荧光强度测量在激发波长356 nm,并进一步开发方法的可靠性评估通过飙升复苏方法。
2.6。细胞毒性和细胞成像
在细胞成像264.7原始细胞,MTT试验是用来评估的潜在细胞毒性N, F-CDs 264.7原始细胞。细节如下:264.7原始细胞孵化和处理不同浓度(15.6 -1000μ克/毫升)的N,在37°C F-CDs 24 h。后来,MTT试剂(20μL 5毫克/毫升)添加到每个洞,和细胞孵化37°C 4 h。最后,150年μL二甲亚砜被添加到每个洞溶解和结晶沉淀。计算细胞存活率是细胞的比率在解决方案处理对照组的探针。
探索的潜在应用N, F-CDs、鼠标macrophage-like细胞系生264.7在HyClone培养胎牛血清(10%,w / w) 37°C下5%的股份有限公司2的气氛。然后,这些细胞被转移到新的共焦菜肴和分成五组。三组孵化了繁杂的浓度(50,100年和200年μg / mL)的N, F-CDs (3 h)和生理盐水(4 h)在每一个。与此同时,其余两组细胞被PMA刺激(2μ和有限合伙人(100 g / mL)μ为4 h g / mL);然后,细胞组织培养与N,检测内生ClO F-CDs 3 h−。200年集团孵化μmn, F-CDs被添加到每个洞和培育3 h。随后,NaOCl (50μ米)添加另一个4 h检测外源性克洛−。然后,磷酸盐生理盐水(pH = 7.4)被用来洗细胞三次。的荧光染色观察细胞,这些照片是在蓝色通道(370海里)。
3所示。结果与讨论
3.1。优化制备条件对N, F-CDs
制备条件包括反应时间,反应温度,稀释浓度进行了研究(图S1)。如图S1A荧光强度增加,反应时间从2 - 4 h。4 h后,荧光强度的N, F-CDs逐渐减少。因此,4 h被选为最佳反应时间。图印地表明,N, F-CDs说明最好的荧光性能低于160°C。最后,图就是S1C显示与原始N,最强的荧光强度F-CD解决方案在80倍稀释(1.14毫克/毫升)。
3.2。表征N, F-CDs
N的形态,F-CDs特点是通过透射电子显微镜(TEM)和AFM(图1)。准备的TEM图像显示N, F-CDs球形复合材料平均直径2.9 nm和粒度分布窄2.3 - -3.5 nm(图1(b))。大多数粒子是无定形碳,可以看到在高分辨率透射电镜图像。格子条纹的平面间距是0.203 nm,对应于石墨碳的(100)面21]。如数据所示1(c)和1(d), AFM图像与TEM结果一致,表明N的平均身高,F-CDs约2.9纳米。
F-CDs,揭示surface-functional组(N ir和XPS测量光谱。如图S2A在3107厘米宽的吸收−1是由于拉伸振动的地22]。此外,小峰在1593和1455厘米−1来自C = C的伸缩振动频带和碳氮组(23),分别。在1014年达到顶峰,1255厘米−1符合的弯曲振动切断和氟组(24),分别。特征在1408年达到顶峰,744厘米−1是由于C = N和nh (25),分别。此外,XPS测量谱,进一步用于调查的表面状态和构成N, F-CDs,显示了峰值为284.8,401.0,531.9,和685.6 eV,被归结为C1年代,N1年代,O1群年代,F1年代分别(图开通)。N的元素分析结果,F-CDs透露的原子比率C、O、N、F为60.22%,28.18%,10.45%,和1.15%,分别。这一发现表明相当掺杂比例的F和N。
的高分辨率光谱C1年代(图2(一个))信号展览三个峰值为284.8(碳碳/碳氮),285.8(切断),和288.9 eV(氟)。如图2 (b)两座山峰在399.5(碳氮= C)和401.6 eV (h)出现在高分辨率的N1年代光谱。O1群的年代谱(图2 (c))演示了三个安装的峰值531.7 eV, 532.4,, 533.9 eV,归因于C = O,切断,分别和C组。F1年代谱(图2 (d))的峰值685.7和686.7 eV对应semi-ionic氟和共价氟债券(24,26),分别。XPS结果与红外光谱的结果一致。nh等亲水官能团2噢,O = c N,表面F-CDs传授优良的水溶性(27]。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.3。光学性质的N, F-CDs
N, F-CDs蒸馏与水(1.14毫克/毫升),然后他们的光学特性进行了探讨。重要的是探索激发和发射波长的N, F-CDs潜在应用。激发波长约为300 - 390纳米,发射频带是集中在大约350 - 550 nm(图3(一个))。观察最大的激发峰在356海里,而最大发射峰被观察到440海里。这些发现显示典型的荧光依赖的N, F-CDs激发和发射波长。N的水溶液,F-CDs(图3 (b),左插图)强烈的蓝色荧光发射(右)在356海里。N的紫外可见光谱,F-CDs显示特征峰在340纳米,这可以归因于N -过渡的N, F-CDs核心由于存在C = O,氟和h组的表面(28]。
(一)
(b)
荧光定量分析的稳定起着至关重要的作用。如图S3AN, F-CD荧光强度并没有改变在24 h,证明的优秀的荧光稳定性N, F-CDs。研究了N的光致发光反应,F-CDs通过添加氢氧化钠和盐酸调节pH值不同的水平。如图S3B的荧光强度,N, F-CDs pH值密切相关;pH值1.0 - -4.0时,荧光强度逐渐增加;在4.0 - -14.0的pH值范围宽,荧光强度没有明显变化,这意味着这个范围是适合应用程序。此外,硫酸奎宁(QY在0.1 H = 54%2所以4在360海里)作为标准样品来计算荧光量子产率(QY) N, F-CDs。的平均QY N, F-CDs在水溶液是26.3%在24°C±4°C。
3.4。荧光测量克罗−
由于N的优良性能,F-CDs,他们的选择性是探索在不同的离子和小分子在100年μ米的解决方案。物种包括钠+H2阿宝4−、铁3 +,克罗3−,Cl−、钙2 +,没有3−、锰2 +,HCO3−、我、铜2 +,我−L(+)抗坏血酸、半胱氨酸、K+,英航2 +、镁2 +、锌2 +,克罗−,年代2O82−H2O2,所以32−、铬2O72−,MnO4−。比较了基于相对强弱的变化F0/F,在那里F0的荧光强度没有箔条干扰物质和F在箔条干扰物质的存在。例如,Cr2O72−和MnO4−生产低淬火,值1.36,和1.06克罗−,分别。显然,克罗−离子与其他测试离子和小分子就熄了,表明N, F-CDs选择性,高度敏感,强烈ClO的宽容−检测(图4(一))。此外,荧光强度逐渐ClO随浓度增加而降低−从2.5μM - 600μM(图4 (b)),淬火的关系可以量化使用线性相关性在以下方程: 在哪里F0和F的荧光强度是N,在356 nm F-CDs ClO的缺失和存在吗−分别为,CClO的浓度吗−。线性关系为2.50 -600μ用相关系数MR20.996。检测计算的极限(年代/N= 3,n= 5)0.75μm .发达探测法显然表明,N, F-CDs ClO可用来检测跟踪−数量和证明他们在环境和生物医学系统应用前景。
(一)
(b)
(c)
3.5。检测克罗−在水样
探索的实际应用N, F-CDs,发达的方法被用来检测微量的克罗−在自来水水样来自万峰湖,和一个游泳池。如表所示1复苏的范围从92.2%到120%,相对标准偏差(rsd)小于12%。这些结果表明,N, F-CDs-based探测方法是准确和可靠的。此外,该方法证明了探针可用于检测克洛−在不同的水样。
3.6。可能机制之间的N, F-CDs和克罗−
克罗之间的可能的猝灭机制−和N, F-CDs起着至关重要的作用。为深入探索ClO的猝灭机制−对N, F-CD荧光,荧光寿命N, F-CDs和N, F-CDs + 100μ米克罗−进行了评估。他们的平均寿命分别是8.2和7.5 ns(图5(一个))。的生命周期N, F-CDs + 100μ米克罗−相比明显减少,N, F-CDs孤独,表现出动态淬火模型可以观察到。因为静态猝灭不缩短寿命,荧光猝灭可以归因于动态模式。这些结果进一步验证了紫外可见吸收光谱图5 (b)。添加ClO之后−N, F-CD解决方案,吸收强度显著降低在340海里。减少过程显示,克罗−可能会选择性地氧化表面的氨基N组N, F-CDs形成新物质少吗π- - - - - -π和n- - - - - -π共轭系统在300 - 600海里,从而导致荧光猝灭的N, F-CDs。这些结果证明,N之间的动态猝灭方式发生,F-CDs和克罗−(29日,30.]。
(一)
(b)
3.7。细胞毒性检测和细胞成像
评估N的细胞毒性,bioimaging F-CDs和发展潜在的应用,传统的MTT检测原始264.7中被用来测试他们的细胞毒性。正如所料,超过83%的原始264.7细胞暴露在500后是可行的μg·毫升−1(图S4)。结果表现出优良性能的N, F-CDs,低毒性和优良的生物相容性等,表明他们的潜能作为生物标志物。
N的实用性和可行性,F-CDs进一步评估在细胞成像。如图6共焦图像获得的原始264.7细胞会变得更明亮,增加浓度的调查。覆盖的图像显示,N, F-CDs很容易穿透细胞膜或把通过内吞作用。此外,当明亮的N, F-CDs (200μ与有限合伙人(100 g / mL)被添加μg / mL)和PMA (2μ克/毫升)或NaOCl (50μ米),264.7原始细胞的胞内荧光共焦强度减弱,因为细胞内微量ClO的存在−。因此,这些实验结果进一步证明了N, F-CDs探针可以追踪本地克洛−和内源/外源ClO的波动−在生活生264.7细胞水平。
4所示。结论
小说N, F-CDs (QY = 26.3%)使用柠檬酸铵成功合成三元的,丙氨酸,和氟化铵通过一个简单,低成本、环保的水热的方法。和N, F-CDs纳米级(2.9海里)cd、展示优秀的高荧光稳定,生物毒性低、水溶性和生物相容性。因此,N的广阔的应用前景,F-CDs演示。首先,N, F-CDs可以函数作为ClO非常挑剔和敏感的荧光探针−。其次,他们可以用于定量检测克洛−在实际水样,提供较低的检出限为0.75μ-600年2.50 M和广泛的线性范围μm .最后,由于其低生物毒性,水溶性,生物相容性,N, F-CDs可用于体外成像。结果表明,探针不仅可以表现出细胞渗透但也可以有效地检测内源/外源克洛−264.7生活的原始细胞。这个探测器预计将为检测ClO提供一种新方法−在其他细胞器。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
金融支持是来自中国的国家自然科学基金(21505115)、高级科技人才在贵州大学(KY2018078),贵州基础研究项目(ZK[2022] 561号),为青年科技人才成长的项目贵州省级教育部门(KY2020217),分析科学重点实验室的食品和环境污染的钱Xi南(2021-2-31),和项目的形意拳民族师范大学(xyzj01 21日和21 xyxs06)。
补充材料
图S1:优化制备条件(一)反应时间,反应温度(B), (C)稀释浓度。FL,荧光。图S2: (A)傅里叶变换红外(ir)光谱;(B)完整的x射线光电子能谱(XPS)光谱。图S3: (A)荧光稳定时间;(B)的影响图S4博士:N, F-CD MTT测定生264.7 (n= 3)。(补充材料)