CN113800501A - 一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用 - Google Patents

一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113800501A
CN113800501A CN202111171466.4A CN202111171466A CN113800501A CN 113800501 A CN113800501 A CN 113800501A CN 202111171466 A CN202111171466 A CN 202111171466A CN 113800501 A CN113800501 A CN 113800501A
Authority
CN
China
Prior art keywords
orange
arginine
fluorescent carbon
red
red fluorescent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111171466.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113800501B (zh
Inventor
孟雅婷
赵晨
郭峤志
杨振华
双少敏
董川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi University
Original Assignee
Shanxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi University filed Critical Shanxi University
Priority to CN202111171466.4A priority Critical patent/CN113800501B/zh
Publication of CN113800501A publication Critical patent/CN113800501A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113800501B publication Critical patent/CN113800501B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
    • Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish

Abstract

一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用，属于荧光碳点技术领域，目的在于提供一种长波发射荧光碳点用以构建pH和精氨酸的生物传感平台。称取中性红和甲硫氨酸溶解在水中，超声得到均匀混合溶液；将上述溶液转移至水热反应釜中，在150‑200℃下反应2‑6 h，待反应停止后静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500‑1000Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到橙红色荧光发射的碳点。所制备的橙红色荧光碳点能够用于检测pH和精氨酸，选择性好，灵敏度高。相比与其它碳点基荧光传感方法，本发明所提出的方法具有更长的发射波长。

Description

一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其 应用
技术领域
本发明属于荧光碳点技术领域，具体涉及一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用。
背景技术
细胞内 pH 值与细胞增殖、凋亡、内吞作用、信号转导和酶活性等生物过程有显着关系。细胞内 pH 值的波动可能导致细胞功能异常并引发多种疾病（包括类风湿性关节炎、癌症和阿尔茨海默病）。因此，监测细胞、组织和生物体的pH值分布和波动在生理和病理研究中具有重要意义。因此，对细胞内pH实时监测是至关重要的，并引起了广泛的关注。
精氨酸作为生物系统的重要组成部分，参与体内鸟氨酸循环并促进尿素的形成。人体内产生的氨然后通过鸟氨酸循环转化为无毒的尿素，然后通过尿液排出体外，从而降低血液中的氨浓度。精氨酸在细胞分裂、创伤恢复和免疫系统或疾病的功能中起着重要作用。因此，它引起了研究人员的广泛关注。当人体缺乏精氨酸时，就会引发不同程度的健康问题。许多人类疾病与精氨酸的衍生分子有关，确定体液中精氨酸的存在对于诊断人类疾病很重要。
碳点由于优异的发光性能、良好的化学稳定性、生物相容性及表面功能可调节性等特点，在生物成像、环境监测及纳米材料等诸多领域具有良好的应用前景。目前合成的碳点大多发出蓝绿色荧光，这限制了其在生物医学和光电器件中的应用。因此，设计合成长波发射荧光碳点用以构建pH和精氨酸的生物传感平台具有极其重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长波发射荧光碳点用以构建pH和精氨酸的生物传感平台。
本发明采用如下技术方案：
一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按比例称取中性红和甲硫氨酸溶解在水中，超声得到均匀的混合溶液；
第二步，将第一步得到的混合溶液转移至水热反应釜中，在150-200℃下反应2-6h，待反应停止后，静置冷却至室温，离心去除不溶物，取上清液，通过500-1000 Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
第三步，将上述碳点水溶液冷冻干燥后，得到橙红色荧光发射的碳点。
进一步地，第一步中所述中性红、甲硫氨酸和水的质量比为3-8:8-13:20000。
所述橙红色荧光碳点用于pH和精氨酸的检测。
所述橙红色荧光碳点用于细胞内pH和精氨酸的检测。
所述橙红色荧光碳点用于斑马鱼内pH和精氨酸的检测。
本发明制备的橙红色荧光发射的碳点对pH和精氨酸具有专一性识别作用。原因如下：
CDs对 pH 的响应机制主要归因于CDs 表面特殊结构（吡咯N、氨基N和吡啶N）的质子化和去质子化。如图10所示，随着pH值的增加，CDs的zeta电位从9.08 mV降低到-17.6mV，这证明pH响应可归因于质子化和去质子化。 在实验开始时，由于吡啶的碱度大于吡咯的碱度，CDs 表面的吡啶N被质子化。随着pH值逐渐降低，吡咯N也被质子化。我们推测CDs对pH 的反应机制是CDs 表面的含氮基团与氢离子的结合。
如图11所示，加入精氨酸后，碳点的紫外可见吸收光谱发生了变化，在460 nm处出现新的吸收峰。且加入精氨酸前后碳点的荧光寿命没有变化。因此，我们推测该猝灭机制为静态猝灭。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明操作步骤简单，不需经过表面钝化剂处理或修饰即可得到橙红色荧光发射的碳点。
2. 本发明所制得的碳点在水溶液中具有良好的溶解度和分散性。
3. 本发明制备得到的橙红色荧光发射的碳点对pH和精氨酸具有专一性识别作用，用于pH和精氨酸的检测，选择性好，灵敏度高。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点的红外光谱图。
图2为本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点的紫外吸收光谱及荧光激发-发射光谱。
图3为实施例1制备的碳量子点荧光发射曲线随激发波长变化的光谱图。
图4为不同pH存在时碳点的3D荧光变化图。
图5为不同浓度精氨酸存在时碳点的3D荧光变化图。
图6为本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点在不同pH时的激光共聚焦图，所述的细胞为Hela细胞。
图7为本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点被精氨酸猝灭的激光共聚焦图，所述的细胞为Hela细胞。
图8为本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点在不同pH时的激光共聚焦图，所述的鱼为斑马鱼。
图9为本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点被精氨酸猝灭的激光共聚焦图，所述的鱼为斑马鱼。
图10为本发明CDs的zeta电位随着pH的变化图。
图11为本发明碳点加入精氨酸前后紫外可见吸收光谱变化图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明做出进一步说明，实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：
1) 称取一定质量的中性红和甲硫氨酸溶解在水中，超声得到均匀混合溶液；所述中性红、甲硫氨酸和水的质量比为5.9:11.8:20000；
2) 将上述混合溶液转移至水热反应釜中，在180℃下反应4 h，待反应停止后 静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000 Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3) 将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到橙红色荧光发射的碳点。以罗丹明B为参照物，其相对量子产率为6.5%。
实施例2
一种检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：
1) 称取一定质量的中性红和甲硫氨酸溶解在水中，超声得到均匀混合溶液；所述中性红、甲硫氨酸和水的质量比为3:9:20000；
2) 将上述混合溶液转移至水热反应釜中，在160℃下反应6 h，待反应停止后 静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000 Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3) 将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到橙红色荧光发射的碳点。以罗丹明B为参照物，其相对量子产率为3.2%。
实施例3
一种检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：
1) 称取一定质量的中性红和甲硫氨酸溶解在水中，超声得到均匀混合溶液；所述中性红、甲硫氨酸和水的质量比为7:12:20000；
2) 将上述混合溶液转移至水热反应釜中，在200℃下反应3 h，待反应停止后 静置冷却至室温，离心去除不溶物取上清液，通过500-1000 Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
3) 将上述碳点水溶液冷冻干燥后得到橙红色荧光发射的碳点。以罗丹明B为参照物，其相对量子产率为4.8%。
实施例4
本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点表征如图1所示。红外光谱图证明该具有苯环结构且S元素成功掺杂进碳点。
实施例5
本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点的光学性质谱图如图2、3所示。该碳点的UV-Vis吸收谱线在275 nm和534 nm左右存在三个吸收峰。在529nm的激发下出现626 nm的发射波长，呈橙红色荧光。图3是在不同激发波长下该碳点的发射光谱图，表明碳点具有激发波长依赖性。
实施例6
本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点对pH的传感如图4所示，其线性范围为4.8-8.0。
实施例7
本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点对精氨酸的传感如图5所示，其线性范围为2.5-62.5μM，检出限为0.68 μM。
实施例8
实施例1制备的荧光碳点水溶液用于标记的人宫颈癌细胞Hela，如图6所示，细胞形态良好，可见碳点没有细胞毒性，可用于活细胞标记。图6为实施例1制备的碳点在不同pH的PBS缓冲液中的激光共聚焦图，从左到右依次为：明场细胞图，暗场细胞图(橙色)，明场和暗场叠加图。
图7 为实施例1制备的橙红色荧光碳点被精氨酸猝灭的细胞成像图，加入精氨酸后，碳点的荧光被猝灭。说明该橙红色荧光碳点可以用于构建细胞内pH和精氨酸的荧光传感平台。
实施例9
本发明实施例1制备的橙红色荧光碳点的斑马鱼成像图如图8所示。使用斑马鱼在橙红色荧光碳点水溶液(pH＝4，7，10)中孵育2小时，碳点充分分散到斑马鱼体内，从左到右依次为：明场细胞图，暗场细胞图(橙色)，明场和暗场叠加图。
图9 为实施例1制备的橙红色荧光碳点被精氨酸猝灭的斑马鱼成像图，加入精氨酸后，碳点的荧光被猝灭。说明该橙红色荧光碳点可以用于构建生物体内pH和精氨酸的荧光传感平台。

Claims (5)

1.一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，按比例称取中性红和甲硫氨酸溶解在水中，超声得到均匀的混合溶液；
第二步，将第一步得到的混合溶液转移至水热反应釜中，在150-200℃下反应2-6h，待反应停止后，静置冷却至室温，离心去除不溶物，取上清液，通过500-1000 Da的透析袋，在玻璃容器中透析处理至少三天，即得到纯净的碳点水溶液；
第三步，将上述碳点水溶液冷冻干燥后，得到橙红色荧光发射的碳点。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法，其特征在于：第一步中所述中性红、甲硫氨酸和水的质量比为3-8:8-13:20000。
3.一种利用权利要求1或2的制备方法制备的橙红色荧光碳点用于pH和精氨酸的检测。
4.根据权利要求3所述的橙红色荧光碳点应用，其特征在于：所述橙红色荧光碳点用于细胞内pH和精氨酸的检测。
5.根据权利要求3所述的橙红色荧光碳点应用，其特征在于：所述橙红色荧光碳点用于斑马鱼内pH和精氨酸的检测。
CN202111171466.4A 2021-10-08 2021-10-08 一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用 Active CN113800501B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111171466.4A CN113800501B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111171466.4A CN113800501B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113800501A true CN113800501A (zh) 2021-12-17
CN113800501B CN113800501B (zh) 2023-04-18

Family

ID=78939207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111171466.4A Active CN113800501B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种用于检测pH和精氨酸的橙红色荧光碳点的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113800501B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060160134A1 (en) * 2002-10-21 2006-07-20 Melker Richard J Novel application of biosensors for diagnosis and treatment of disease
CN104169305A (zh) * 2012-03-14 2014-11-26 纳诺沃勒斯有限公司 制备多糖纳米粒的方法
CN106483112A (zh) * 2016-10-18 2017-03-08 山西大学 一种荧光和比色双模式连续检测精氨酸和铜离子的方法
CN109321240A (zh) * 2018-11-23 2019-02-12 江南大学 一种橙色荧光碳点及其制备方法
US20200157236A1 (en) * 2015-08-27 2020-05-21 Celldex Therapeutics, Inc. Anti-ALK Antibodies and Methods for Use Thereof
CN111876149A (zh) * 2020-07-28 2020-11-03 山西大学 一种用于检测舍曲林和谷胱甘肽的比率型荧光碳点的制备方法及其应用
WO2021183921A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 New England Biolabs, Inc. A rapid diagnostic test for lamp

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060160134A1 (en) * 2002-10-21 2006-07-20 Melker Richard J Novel application of biosensors for diagnosis and treatment of disease
CN104169305A (zh) * 2012-03-14 2014-11-26 纳诺沃勒斯有限公司 制备多糖纳米粒的方法
US20200157236A1 (en) * 2015-08-27 2020-05-21 Celldex Therapeutics, Inc. Anti-ALK Antibodies and Methods for Use Thereof
CN106483112A (zh) * 2016-10-18 2017-03-08 山西大学 一种荧光和比色双模式连续检测精氨酸和铜离子的方法
CN109321240A (zh) * 2018-11-23 2019-02-12 江南大学 一种橙色荧光碳点及其制备方法
WO2021183921A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 New England Biolabs, Inc. A rapid diagnostic test for lamp
CN111876149A (zh) * 2020-07-28 2020-11-03 山西大学 一种用于检测舍曲林和谷胱甘肽的比率型荧光碳点的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALIZADEH,N,ET AL: "Polymer dots as a novel probe for fluorescence sensing of dopamine and imaging in single living cell using droplet microfluidic platform", 《ANALYTICA CHIMICA ACTA》 *
HURST,H,ET AL: "An evaluation of the chick cardiomyocyte micromass system for identification of teratogens in a blind trial", 《REPRODUCTIVE TOXICOLOGY》 *
LU，WJ，ET AL: "Carbon nano-dots as a fluorescent and colorimetric dual-readout probe for the detection of arginine and Cu2+ and its logic gate operation", 《NANOSCALE》 *
SAHINER,N,ET AL: "Nitrogen and Sulfur Doped Carbon Dots from Amino Acids for Potential Biomedical Applications", 《JOURNAL OF FLUORESCENCE》 *
刘睿等: "溶剂热法合成橙-绿双波段荧光碳点", 《发光学报》 *
李美含等: "溶酶体荧光探针研究新进展", 《有机化学》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113800501B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ansari et al. Doped-carbon dots: Recent advances in their biosensing, bioimaging and therapy applications
Wilhelm Perspectives for upconverting nanoparticles
Yao et al. Upconversion luminescence nanomaterials: A versatile platform for imaging, sensing, and therapy
Liu et al. Structural modification of BODIPY: Improve its applicability
Wang et al. Fluorescent carbon dots: rational synthesis, tunable optical properties and analytical applications
Ding et al. Ratiometric upconversion luminescence nanoprobe with near-infrared Ag2S nanodots as the energy acceptor for sensing and imaging of pH in vivo
Tan et al. Small upconverting fluorescent nanoparticles for biosensing and bioimaging
Chen et al. Upconversion nanomaterials: synthesis, mechanism, and applications in sensing
Bansal et al. Development of biosurfactant-based graphene quantum dot conjugate as a novel and fluorescent theranostic tool for cancer
Cardoso Dos Santos et al. Lanthanide-complex-loaded polymer nanoparticles for background-free single-particle and live-cell imaging
Karagianni et al. Application of carbon-based quantum dots in photodynamic therapy
Wang et al. Semiconducting quantum dots: Modification and applications in biomedical science
WO2008127019A1 (en) A gold nanoparticle based protease imaging probes and use thereof
Lv et al. Long-wavelength (red to near-infrared) emissive carbon dots: Key factors for synthesis, fluorescence mechanism, and applications in biosensing and cancer theranostics
CN106957050A (zh) 一种荧光碳量子点及其制备方法和应用
CN107469079B (zh) 一种t1-mri成像引导下的光动治疗剂制备方法
CN104083771A (zh) 基于荧光共振能量转移的肿瘤成像和治疗靶向体系及其构建方法
CN109486481B (zh) 一种用于检测Ag+和GSH的比率型荧光碳点及其制备方法
CN111876149A (zh) 一种用于检测舍曲林和谷胱甘肽的比率型荧光碳点的制备方法及其应用
CN105802611A (zh) 一种比率型纳米硅量子点荧光探针及其制备方法和应用
Barati et al. A review of graphene quantum dots and their potential biomedical applications
Liu et al. Design of a cellulose nanocrystal-based upconversion ratiometric fluorescent nanoprobe for pH monitoring and imaging
CN111662711A (zh) 一种红色荧光碳化聚合物点的制备方法及其应用
Marko et al. Targeted nanoparticles for fluorescence imaging of folate receptor positive tumors
Tian et al. One-pot preparation of biocompatible folate-functionalized graphitic carbon nitride quantum dots for targeted bioimaging

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant