碳量子点基荧光传感体系的构建及其对生物硫醇检测研究

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谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy)等小分子生物硫醇在人体生理活动中发挥着重要作用,其浓度与众多人类疾病密切相关,如癌症、心血管疾病、老年痴呆症等,因此对体内这三种物质的含量进行检测至关重要。在众多检测生物硫醇的方法中,荧光检测法具有灵敏性高、选择性好、操作简便且响应速度快等优点受到广泛关注。本研究以碳量子点为基底材料构建了三种生物硫醇(谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy))荧光传感器。首先,通过简单的水热法合成了具有不同光学性质的碳量子点(CQDs),分别以MnO2纳米片、金属离子(Fe3+)、以及Ellman试剂(DTNB)为敏感材料,并与具有优异光学性能的碳量子点材料复合构建三种荧光检测体系。其次,采用TEM、XPS、FTIR、XRD、Raman、UV-vis等方法对所制备材料的形貌及晶体结构进行表征,并且采用荧光分析、荧光-比色双信号分析等检测手段对所构建传感器的光学性能进行研究。最后,将所构建的荧光传感器运用于GSH、Cys和Hcy的检测研究中,具体的研究内容为:(1)制备了氮磷共掺杂绿色荧光碳点(N,P-CQDs)和二氧化锰纳米片(MnO2)。基于荧光共振能量转移(FRET)原理构建N,P-CQDs/MnO2荧光传感器,实现了对谷胱甘肽快速、灵敏的检测。结果表明所构建的N,P-CQDs/MnO2传感器在GSH0.05-50μM浓度范围内具有良好的线性关系(R2=0.9908),理论检测限低至2.27 nM(S/N=3)。此外,该传感器还表现出较强的抗干扰能力以及优异的重现性(RSD<5%);在实际人血清样品中的加标实验获得了较好的回收率(100.21%-101.78%)。所以本文构建的N,P-CQDs/MnO2传感器在实际人血清样中的GSH检测有潜在的应用价值。(2)以柠檬酸与乙二胺为前驱体,在200℃条件下通过一步水热法合成粒径均匀的蓝色荧光氮掺杂碳量子点,基于光诱导电子转移(PET)构建新型的选择性较高的N-CQDs-Fe3+荧光传感器,实现了对谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy)的检测。对这三种物质检测的线性范围为20-520μM(GSH)、1-40μM和60-560μM(Cys)、1-20μM和80-360μM(Hcy),检测限分别是20.39nM(GSH)、1.93 nM(Cys)、9.31 nM(Hcy)(S/N=3)。相较于目前文献报道的生物硫醇荧光传感器,所构建的N-CQDs-Fe3+荧光传感器具有响应快、灵敏度高和线性范围宽的特点。(3)以邻苯二酚与乙二胺为碳源和氮源,通过水热法合成氮掺杂的绿色荧光碳点,基于荧光内滤效应(IFE)构建N-CQDs/DTNB双重信号纳米光学传感器并用于谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy)的检测。采用荧光分析和比色分析的检测方法对N-CQDs/DTNB的光学行为进行研究,发现其对谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy)的检测具有良好的线性范围,荧光分析结果:线性范围分别是0.01-40μM(GSH)、0.05-40μM(Cys)和0.05-40μM(Hcy),检测限分别为3.23 nM(GSH)、1.01 nM(Cys)、3.29 nM(Hcy)(S/N=3)。比色分析结果:在Cys浓度为1-140μM的范围内,Cys的浓度与紫外吸收强度变化值△A之间有着良好的线性关系,检测限为0.52μM。开发的N-CQDs/DTNB传感器在实际血清样本中具有良好的回收率,这为实际样本中的谷胱甘肽、半胱氨酸和同型半胱氨酸的快速、准确检测提供了新的检测方法。
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