基于黄绿色荧光碳点的硒醇纳米探针的构建及分析应用研究

硒代半胱氨酸（Selecysteine, Sec）是含硒蛋白的一个基本构建单元，执行了体内各种含硒物质的大部分功能。荧光分析法具有高灵敏度、高选择性并可原位、实时细胞成像等优点。目前报道的测定Sec的光学探针主要为有机小分子荧光探针，存在光稳定性差、不利于长时间荧光成像的缺点。基于碳点（CDs）的纳米荧光探针在一定程度上能够减少甚至消除上述缺点，从而实现细胞中Sec的原位、实时、动态表征。

Figure 1. Synthesis route for CD-DNS and its sensing mechanism for Sec

近日，西北大学的杨小峰（点击查看介绍）、李华（点击查看介绍）课题组首次以间氨基酚为原料，合成并纯化得到黄绿色荧光碳点（Y-G-CDs），该碳点具有量子产率高、荧光激发/发射波长较长等优点。在此基础上，他们以Y-G-CDs为荧光团，2,4-二硝基苯磺酰基（DNS）为识别基团，制备了表面含有2,4-二硝基苯磺酰胺的纳米荧光探针（CD-DNS）。该探针可选择性检测硒醇类物质(Figure 1)。

Figure 2. (A) Fluorescence spectra of CD-DNS (20 μg mL^-1) upon addition of increasing concentrations of Sec (0-40 μM) in phosphate buffer. (B) Time course of fluorescence intensity of CD-DNS (20 μg mL^-1) in the presence of Sec (40 μM), Cys (100 μM), and GSH (1 mM) in phosphate buffer.  λ_ex/λ_em = 450/514 nm.

由于表面含有2,4-硝基苯，探针CD-DNS几乎无荧光产生，而基于Sec中-Se-强的亲核能力，可与探针的2,4-二硝基苯磺酰胺发生亲核取代反应，从而导致体系的荧光信号显著升高，由此实现细胞中Sec的高灵敏度、高选择性检测（Figure 2A）。动力学研究表明，该反应速率较快，10分钟后体系荧光信号趋于稳定（Figure 2B）。除此之外，细胞中其他硫醇类化合物，如谷胱甘肽（GSH）、半胱氨酸（Cys）和高半胱氨酸（Hcy）对检测Sec干扰较小，CD-DNS对Sec的检测表现出很好的选择性（Figure 3）。

Figure 3. Fluorescence intensity of CD-DNS (20 μg mL^-1) in the presence of various analytes in phosphate buffer. Cys and Hcy are both 100 μM. The concentrations of other analytes are 1.0 mM. λ_ex/λ_em =450/514 nm.

实验结果表明，CD-DNS对外源和内源硒醇均表现出较好的细胞成像效果。CD-DNS染色的L929细胞无明显荧光信号（Figure 4a）。在CD-DNS染色的细胞中加入外源Sec后，体系荧光明显增强(Figure 4B)。利用不同浓度Na₂SeO₃诱导细胞产生硒醇类物质，然后用CD-DNS染色细胞，体系荧光强度明显增强，其荧光信号与Na₂SeO₃的浓度成正相关（Figure 4C and 4D）。这说明该探针可用于内源硒醇的定量检测，这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上。该工作得到国家自然科学基金项目的资助（nos. 21475105, 21275117, 21375105）。

Figure 4. Confocal fluorescence images of Sec in L929 cells. Cells were incubated with CD-DNS (20 μg mL^-1) for 6 h, and then subjected to different treatments; (A) control (no Sec); (B) cells treated with Sec (40 μM). (C) and (D) were the cells pretreated with 5 or 10 μM of Na₂SeO₃ for 12 h, respectively, followed by incubation with CD-DNS (20 μg mL^-1) for additional 6 h. Scale bar: 30 μm.

该论文作者为：Qin Wang, Shengrui Zhang, Yaogang Zhong, Xiao-Feng Yang, Zheng Li and Hua Li

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Preparation of Yellow-Green-Emissive Carbon Dots and Their Application in Constructing a Fluorescent Turn-On Nanoprobe for Imaging of Selenol in Living Cells

Anal. Chem., 2017, 89, 1734–1741, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03983

导师介绍

杨小峰

http://www.x-mol.com/university/faculty/13768

李华

http://www.x-mol.com/university/faculty/13739  

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