荧光碳点的制备及其应用于恩诺沙星的检测与人血清白蛋白结合反应研究

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碳点(Carbon Dots,CDs)作为一种有前途的荧光探针,与有机染料和传统半导体量子点相比具有许多优越的性能,如良好的生物相容性、低毒性、光稳定性以及原料廉价易得等。本实验采用熔融法制备了两种荧光碳点,并分别用于恩诺沙星的检测和与蛋白质相互作用的研究。主要研究工作如下:1、以DL-苹果酸和甘氨酸为制备原料,通过熔融法成功地合成出一种氮掺杂的蓝色荧光碳点(N-CDs)。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱、紫外-可见吸收光谱等技术对所合成的碳点进行了表征。实验结果指出,合成的荧光碳点具有激发波长依赖性特征,最佳激发和发射波长分别为368 nm和452 nm,荧光量子产率为20.5%,平均粒径为2.6 nm且大小均匀。此外,X射线衍射光谱图证明N-CDs具有石墨化结构,红外光谱和XPS谱图表明碳点主要由C、N、O组成,而表面富含-OH、-COOH和-NH2等亲水基团,进一步说明所合成的碳点具有良好的水溶性。恩诺沙星(ENR)是许多废水处理过程中需要去除的环境污染物之一。传统的ENR测量方法通常很复杂且耗时。由于灵敏度高、成本低以及环境友好等优点,荧光碳点作为荧光探针已被广泛应用于环境和医药等领域。实验中发现,N-CDs的荧光可以被Cu2+有效猝灭,而加入ENR后碳点荧光又可以恢复。基于这种碳点荧光的猝灭-恢复策略,我们构建了一种操作简单快速、成本低、选择性好、灵敏度高,准确可靠的ENR传感器。在最佳条件下,ENR的浓度在1.015.0μg/mL范围内与碳点荧光强度恢复量成良好的线性关系(R2=0.982),方法的检出限为0.16μg/mL,相对标准偏差RSD为1.7%(n=5)。此外,将所建立的方法用于实际水样中的ENR含量的测定,加标回收率在96.5%109%的范围内。最后,基于共振瑞利散射、紫外-可见吸收和FT-IR光谱结果,提出了可能的荧光传感机制。2、以三聚氰胺和柠檬酸为制备原料,通过熔融法制备出一种水溶性良好的荧光碳点。利用TEM、XRD、FT-IR、XPS、荧光光谱、紫外-可见吸收光谱等技术对所合成的碳点形貌、结构及光学性质等进行了表征。实验结果指出,合成的荧光碳点表现出激发波长依赖性行为,最大激发和发射波长分别为392nm和470 nm,荧光量子产率为12.8%,平均粒径为2.8±0.7 nm且大小均匀。此外,X射线衍射光谱指出所制备的碳点主要为无定形碳,FT-IR和XPS谱图显示该碳点主要由C、O、N组成,而其表面含有-OH、-COOH和-NH2等亲水基团,有利于增加碳点的水溶性。在模拟生理条件下,利用荧光、紫外-可见光谱、圆二色谱和三维荧光光谱等方法,研究了所合成的CDs与人血清白蛋白(HSA)之间的相互作用。通过Stern-Volmer方程计算,得到猝灭常数随温度升高而降低,初步指出碳点对HSA的荧光应属于静态猝灭。此外,所测得的紫外-可见吸收差谱和循环伏安法结果又进一步佐证蛋白质的荧光猝灭是形成了CDs-HSA基态复合物的静态猝灭。根据双对数方程得出CDs与HSA的表观结合常数达105 L/mol数量级,位点数n近似为1,说明二者之间的亲和力很高,以摩尔比为1:1结合形成复合物。依据所计算求出的热力学参数值推出CDs与HSA之间的作用力类型主要是氢键和范德华力。根据F?rster非辐射能量转移理论计算出结合距离为2.2nm,指出CDs与HSA之间能够发生非辐射能量转移。位点探针取代实验表明,CDs主要结合在HSA的Site I位点(SubdomainIIA)。圆二色光谱、同步荧光光谱以及三维荧光光谱结果指出,CDs和HSA的结合诱导了蛋白质构象变化,但色氨酸和酪氨酸残基所处的微环境极性未受影响。本研究结果为进一步了解蛋白质结构和功能,以及荧光碳点在生物体内运输和代谢具有一定的理论和实际意义。
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