用于分别比率测定赖氨酸和pH双发射碳点合成及性能的研究

虽然碳量子点具有优良的性质，越来越多地用于构造比率探针，但是大多数都需要与其他荧光物质结合，并且只能选择性识别一种目标物。那么碳点自身能否实现多目标物的分别比率测定呢？最近，兰州大学的任翠领博士（点击查看介绍）和南开大学的肖乐辉研究员（点击查看介绍）等针对该课题展开了研究，制备了一种能够分别比率测定赖氨酸和pH的双发射碳点，并将其用于细胞内赖氨酸和pH的半定量测定。

比率荧光法是通过测量两种不同波长处荧光强度的比值测定目标物的一种分析方法。由于所测得的荧光比值信号能够极大地降低光源强度波动和仪器稳定性变化的影响，从而赋予该方法更高的灵敏度和准确度，因此比率荧光探针的构建引起研究者的广泛关注。碳量子点由于具有独特的结构及荧光性质、良好的生物兼容性、低廉的制备成本等，成为近几年研究的热点之一，也成为构建比率纳米探针的优选纳米材料之一。但是目前报道的双发射碳点都只能用于比率测定单一目标物，而实际检测的过程中，尤其是在生物应用中经常涉及到多种目标物的检测及其相互关系的研究，因此选择性比率识别多目标物碳点的制备具有非常重要的意义。

众所周知，调控碳点性质的方法主要包括改性和掺杂两种，其中元素掺杂实现起来更加简单、方便。赖氨酸是人体的第一必需氨基酸，而人体体液中赖氨酸的高浓度表达是先天性代谢紊乱的一种指标。同时，细胞内的pH值与细胞新陈代谢过程具有密切的联系，异常细胞内的pH值会影响人体的生理机能，因此该工作选用pH和赖氨酸作为检测物，以元素掺杂作为调控手段，围绕可用于比率测定上述两种检测物碳点的制备展开了研究。研究过程中，他们通过对掺杂元素和相应前驱体的筛选以及对所制备碳点性能的考察，发现N、P元素的掺杂在双发射碳点的形成过程中具有重要的作用，而N源和P源的结构对双响应碳点的制备具有主导作用。最终，他们以邻苯二胺和磷酸分别作为N源和P源制备得到双响应的比率型荧光碳点。需要指出的是，该碳点在624 nm处的发射峰仅对pH敏感，而440 nm处的发射峰仅对赖氨酸选择性响应，由此首次实现了pH和赖氨酸的分别比率测定（图1）。

图1. 双发射碳点的制备及其比率检测pH和赖氨酸的示意图

该碳点还可用于细胞内pH和赖氨酸的半定量测定(图2)，预示着其在生物传感领域具有很好的应用前景。

图2. 双发射碳点对（A）HeLa细胞内不同浓度赖氨酸以及（B）E. coli 中pH变化的成像结果

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是兰州大学的硕士研究生宋玮，通讯作者是任翠领博士和肖乐辉研究员。该工作也得到国家自然科学基金委等的大力支持。

该论文作者为：Wei Song, Wenxiu Duan, Yinghua Liu, Zhongju Ye, Yonglei Chen, Hongli Chen, Shengda Qi, Jiang Wu, Dan Liu, Lehui Xiao, Cuiling Ren and Xingguo Chen

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Ratiometric Detection of Intracellular Lysine and pH with One-Pot Synthesized Dual Emissive Carbon Dots

Anal. Chem., 2017, 89, 13626, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04211

任翠领博士简介

任翠领，女，兰州大学化学化工学院讲师（2010年至今），硕士生导师；2004年在兰州大学获得理学学士学位，2010年在兰州大学获得分析化学博士学位，导师为陈兴国教授，同年留校工作至今；目前的研究领域包括多功能荧光纳米探针的设计、合成及应用研究，在Anal. Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces 等SCI源刊物上发表论文三十余篇；主持及参与完成国家自然科学基金青年科学基金项目各一项（21207057，21005035）。

http://www.x-mol.com/university/faculty/11243

肖乐辉教授简介

肖乐辉，男，南开大学化学学院特聘研究员（2016年至今），博士生导师；2002-2011年在湖南大学分析化学专业获的学士/硕士/博士学位，2008年赴香港浸会大学从事访问研究一年，2011-2012年分别在美国能源部Ames实验室及华盛顿大学从事博士后研究，2012-2015年受聘为湖南师范大学潇湘学者特聘教授；2014年入选教育部新世纪优秀人才计划、湖南省杰出青年科学基金，并获得湖南省创新、创业培养对象等项目资助；2015年获得国家自然科学基金优秀青年科学基金资助，2016年获教育部霍英东青年教师奖；湖南省省委党校22期中青年专家班学员、湖南省海外留学青年联谊会会员、湖南省科协委员；目前主要从事功能纳米材料的制备及其光物理化学等性能的分析、单分子及单颗粒光谱分析以及单细胞成像分析，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Annu. Rev. Anal. Chem.、Anal. Chem.、Nanoscale、Biomaterials、J. Phy. Chem. C 等国际学术刊物发表SCI收录论文四十余篇。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49562