張慧林，高藝芳，焦媛，杜芳芳，董川

（山西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，環(huán)境科學(xué)研究所，山西 太原 030006）

0 引言

鈷離子（Co2+），作為一種重要的生物金屬元素，在人體中起關(guān)鍵作用［1］。它存在于一些有機(jī)金屬分子中，如維生素B12和酶，具有重要的生物活性［2］，對(duì)許多生物合成至關(guān)重要，如核酸和氨基酸的合成。盡管Co 元素是維生素B12所必需的微量元素，但同時(shí)Co2+也被認(rèn)為是人類(lèi)可能的致癌物質(zhì)［3］，是水生生物的有毒元素。因此，建立一種快速方便的分析方法，高靈敏度和選擇性地檢測(cè)Co2+濃度至關(guān)重要。

到目前為止，有許多檢測(cè)Co2+的分析方法，例如原子吸收光譜法［4］、比色法［5］、化學(xué)發(fā)光［6］和熒光光譜［7］等。但是，大多數(shù)方法的缺點(diǎn)是pH 要求嚴(yán)格，操作復(fù)雜且成本高，從而限制了它們的應(yīng)用［8］。而熒光分析法由于靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)單成為檢測(cè)Co2+的有效分析方法。納米材料的獨(dú)特性質(zhì)，為熒光分析法的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

碳點(diǎn)（CDs）作為碳納米家族中的重要的成員之一，因其具有良好的光穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性［9-10］、生物相容性［11］和低毒性［12］等特性，已應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包 括 生 物 成 像［13-14］、光 學(xué) 傳 感［15-17］、藥 物 遞送［18-19］等。例如，Chen［4］等人通過(guò)水熱法合成了氮摻雜熒光碳點(diǎn)并用于溶液中Co2+有效檢測(cè)。Yang等人［1］合成了磷摻雜碳點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)了在細(xì)胞中有效檢測(cè)Co2+。但目前大部分文獻(xiàn)報(bào)道的碳點(diǎn)的合成方法復(fù)雜且耗時(shí)長(zhǎng)，波長(zhǎng)主要集中在藍(lán)色發(fā)射區(qū)域，這嚴(yán)重限制了它們?cè)趯?shí)際樣品中的應(yīng)用。因此，一種快速簡(jiǎn)單的合成方法制備長(zhǎng)波長(zhǎng)的碳點(diǎn)（黃色和紅色發(fā)射波長(zhǎng)）備受期待。

本文以葡萄糖為碳源，天冬氨酸為氮源，通過(guò)一鍋法快速簡(jiǎn)便地合成了氮摻雜的黃綠色碳點(diǎn)。該碳點(diǎn)對(duì)Co2+呈現(xiàn)良好分析特性，在0.34 μmol/L～120 μmol/L 范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。干擾實(shí)驗(yàn)表明，N-CDs 具有良好的選擇性。N-CDs 可應(yīng)用在紙傳感中，實(shí)現(xiàn)Co2+的快速簡(jiǎn)便的檢測(cè)。此外，由于良好的生物相容性和較低的毒性，N-CDs還能用于細(xì)胞成像。在生物傳感和生物成像領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑和儀器

試劑：葡萄糖，天冬氨酸，氫氧化鈉（NaOH），氯化鉀（KCl），氯化鈉，氯化鈷，磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉及羅丹明6G 購(gòu)自阿拉丁試劑公司，常見(jiàn)金屬離子鹽購(gòu)自北京恒興化學(xué)試劑公司。所用試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

儀器：JEM-2100 場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡（JE?OL，日本電子光學(xué)公司））；Tensor-27 紅外光譜儀（德國(guó)Bruker 公司）；AXIS ULTRA DLD 型X-射線光電子能譜儀（英國(guó)Kratos 公司）；CARY-Eclipse熒光分光光度計(jì)（美國(guó)VARIAN 公司）；Lambda 365 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（美國(guó)PerkinElmer）；Ther?mo scientific Cimarec 加熱磁力攪拌器（上海賽默飛世爾科技有限公司）。

1.2 N-CDs 的合成方法

準(zhǔn)確稱取0.32 g 天冬氨酸和0.45 g 葡萄糖置于燒杯中，隨后注入3 mL 氫氧化鈉（1 mol/L）水溶液，充分?jǐn)嚢?，得到無(wú)色透明溶液；然后將裝有溶液的燒杯放置于油浴中，加熱攪拌至150 ℃反應(yīng)30 min～40 min，得到黃棕色固體；從油浴中取出燒杯，自然冷卻，向其中加入20 mL 二次水，攪拌溶解得到棕黃色溶液，過(guò)濾去除不溶物得到澄清的深棕色溶液，通過(guò)500 Da～1 000 Da 的透析袋，放置在1 000 mL 燒杯中透析處理1 d 去除雜質(zhì)，每隔6 h 換次水，即得到純凈的N-CDs的水溶液；然后將上述N-CDs 水溶液冷凍干燥后得到淺棕色N-CDs 固體。以備進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

1.3 量子產(chǎn)率（QY）測(cè)量

N-CDs 的QY 由廣泛接受的相對(duì)方法測(cè)定。具體地，選擇羅丹明6G（QY = 95%）作為參考。樣品的QY 根據(jù)以下等式計(jì)算：

其中φ 是測(cè)試樣品的QY，I是測(cè)試樣品的積分發(fā)射強(qiáng)度，η 是折射率（水為1.33，乙醇為1.36），A是吸光度。主要符號(hào)（′）指已知QY 的參照物。為了使重吸收效應(yīng)最小化，在激發(fā)波長(zhǎng)下吸收總是保持在0.1 以下。

1.4 檢測(cè)鈷離子

先將N-CDs 配制成50 mg/mL 的母液，于常溫下保存。在石英比色皿中加入3 mL 二次水中和30 μL N-CDs 母 液，得 到0.5 mg/mL 的N-CDs 溶 液。然后，在比色皿中加入20 μL CoCl2（0.1 mol/L）溶液并輕輕混合10 s，最后在455 nm 的激發(fā)波長(zhǎng)下測(cè)量熒光發(fā)射光譜。另外，加入20 μL 其他各種常見(jiàn)金屬離子代替CoCl2，研究N-CDs 對(duì)Co2+的選擇性。所有測(cè)量均重復(fù)3 次，并室溫下進(jìn)行。

1.5 N-CDs 染色紙片的制備和離子檢測(cè)

將纖維素基濾紙?jiān)贜-CDs 溶液中潤(rùn)濕染色并呈現(xiàn)綠色熒光。1 min 后，從溶液中取出濾紙并在空氣中干燥。用這種方式將包括CoCl2在內(nèi)的常見(jiàn)金屬離子（Co2+，Ag+，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，Ba2+，Al3+，Mn2+，K+，Na+，Ca2+，Zn2+，Mg2+，Pb2+，Cr3+，Cd2+，Hg2+，Ni2+，Co3+）的水溶液染色在含有NCDs 的試紙上。在具有365 nm 激發(fā)的紫外燈下觀察測(cè)試濾紙上的熒光變化。進(jìn)一步將不同濃度的CoCl2染色在含有N-CDs 的試紙上，在365 nm 激發(fā)的紫外燈下觀察測(cè)試濾紙上的熒光變化。

1.6 細(xì)胞毒性及成像實(shí)驗(yàn)

SMCC 7721細(xì)胞培養(yǎng)于含有體積10%胎牛血清、100 U/mL 青霉素、100 μg/mL 鏈霉素的DMEM 培養(yǎng)基，置于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)5 % CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，2 d～3 d 傳代1 次。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞，以細(xì)胞數(shù)8×104/mL 接種于96 孔培養(yǎng)板內(nèi)（100 μL 孔），常規(guī)培養(yǎng)24 h 后，將細(xì)胞分為空白對(duì)照組、給藥組，每組設(shè)復(fù)孔6 個(gè)。作用24 h 后，去掉孔中液體，每孔加入含0.5 mg/mL MTT 的DMEM 培養(yǎng)基100 μL，繼續(xù)培養(yǎng)4 h 后，吸棄上清液，每孔加入DMSO 100 μL 溶解沉淀物，微孔板振蕩器混勻10 min，酶標(biāo)儀570 nm 測(cè)定吸光度（OD）值。MTT 法檢測(cè)細(xì)胞的存活率，按下式計(jì)算，細(xì)胞存活率（%）=（OD 實(shí)驗(yàn)組-OD 空白對(duì)照/（AOD 正常對(duì)照組-OD 空白對(duì)照組）×100%，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。

用上述方法將SMMC 7721 細(xì)胞培養(yǎng)48 h。用PBS 緩沖液（pH = 7.4）洗滌后，將SMMC 7721 細(xì)胞與典型的巰基阻滯劑N-乙基馬來(lái)酰亞胺（NEM，1.0 mmol/L）孵育30 min。隨后，在37 ℃下再引入200 μL N-CDs 水溶液1 h，然后用上述PBS 緩沖溶液洗滌細(xì)胞3 次。立即，在激光掃描共聚焦顯微鏡（LSCM）上獲取熒光圖像。向PBS 緩沖溶液中分別加0.01 mol/ L Co2+儲(chǔ)備溶液10 μL，30 μL，繼續(xù)在激光掃描共聚焦顯微鏡上獲取熒光圖像。

2 結(jié)果與討論

2.1 N-CDs 的形貌與結(jié)構(gòu)表征及分析

合成的N-CDs 用透射電子顯微鏡（TEM）測(cè)定N-CDs 的粒度和形態(tài)。如圖1a 所示，碳納米顆粒幾乎是球形的。根據(jù)100 個(gè)納米粒子的粒徑統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，它們的粒徑分布很窄（圖1b），平均直徑在2.1 nm 左右，而且粒子有明顯的晶格，間距為0.21 nm，這表明合成的N-CDs 具有晶體結(jié)構(gòu)。

然后，利用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和X 射線光電子能譜（XPS），對(duì)N-CDs 的表面組成和元素進(jìn)行分析。FTIR 主要用于鑒定CDs 表面上存在的官能團(tuán)。如圖1d 所示，在3 373 cm-1處的寬吸收峰歸因于-N-H。并且在3 111 cm-1處的吸收峰歸因于O-H 伸縮振動(dòng)［20］。 2 995 cm-1處的小峰歸因于C-H 的伸縮振動(dòng)。將約1 610 cm-1處的典型吸收帶可以認(rèn)為C=O 和C=C 拉伸。并且觀察到在1 401 cm-1處雜環(huán)中C-N 帶的典型拉伸模式。1 000 cm-1～ 1 200 cm-1處的峰歸因于C-O 和CO-C 鍵［21］。

此外，對(duì)于XPS 光譜，元素分析表明N-CDs 主要包括C、O、N 和H 四種元素。其中N 元素占比4.18%，C 元素占36.08%，O 元素占54.44%以及氫5.30%。圖1c 中顯示的完整光譜表明，全光譜呈現(xiàn)C，O，N 三個(gè)典型峰［22］，在圖1c 中，在285.0 eV，400.0 eV 和532.0 eV 的峰值 分別對(duì)應(yīng)C 1s，N 1s和O 1s。圖2a 顯示了N-CDs 的高分辨率XPS C 1s峰。分峰結(jié)果如下：在O 1s 譜中位于284.3 eV，284.8 eV，286.6 eV 處的峰分別歸屬于C-C / C=C，C-O-C / C-OH，C-N / C-S，C=O 和-COOH 的特征峰。在N 1s 光譜中（圖2b），40.2 eV，400.0 eV 和399.1 eV 處的特征峰歸屬于吡咯N，吡啶N 和氨基N。同時(shí)，高分辨率O 1s XPS 光譜（圖2c）顯 示 在532 eV 和533 eV 處C=O 和C-OH /C-O-C 的峰。XPS 結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)N-CDs 表面存在羥基，羧基和氨基等部分官能團(tuán)，并且N 原子成功摻雜到N-CDs 的表面上。XPS 光譜的結(jié)果與FTIR 的結(jié)果一致。

圖2 N-CDs 的高分辨率C 1s，N 1s 和O 1s 的X 射線光電子能譜（a）N-CDs 的C 1s X 射線光電子能譜；（b）N-CDs 的N 1s X 射線光電子能譜；（c）N-CDs 的O 1s X 射線光電子能譜Fig. 2 High-resolution XPS(a)C 1s,(b)N 1s and(c)O 1s spectra of N-CDs

2.2 N-CDs 的光學(xué)性質(zhì)表征及分析

N-CDs 的光學(xué)性質(zhì)包括UV-Vis 吸收，熒光光譜（FL），量子產(chǎn)率（QY），熒光壽命和穩(wěn)定性。如圖3a 所示，濃度為0.5 mg/mL N-CDs 水溶液在295 nm 處顯示出特征吸收峰，這可歸因于C=O 的nπ*躍遷和由N 誘導(dǎo)的激發(fā)缺陷表面態(tài)的出現(xiàn)［23］。在455 nm 的激發(fā)波長(zhǎng)下，N-CDs 顯示以545 nm 為中心的良好分辨的熒光發(fā)射。圖3b 為N-CDs 在不同激發(fā)波長(zhǎng)下的發(fā)射光譜圖的歸一化譜圖。由圖可以看出從350 nm～550 nm 的激發(fā)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，發(fā)射波長(zhǎng)從491 nm 移動(dòng)到596 nm，紅移了105 nm，具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴性

圖3 N-CDs 的光學(xué)特性圖。（a）N-CDs 的紫外吸收和熒光最佳激發(fā)發(fā)射光譜（0.5 mg/mL）；（b）在350 nm～550 nm 的激發(fā)波長(zhǎng)下N-CDs 的發(fā)射光譜（0.5 mg/mL）Fig. 3 (a)UV-vis absorption,fluorescence excitation,and emission spectra of N-CDs in aqueous solution(0.5 mg/mL).(b)Under the excitation from 350-550 nm λex-dependent fluorescence behavior of N-CDs(0.5 mg/mL)

以羅丹明-6G 作為參考，通過(guò)計(jì)算，N-CDs 的相對(duì)量子產(chǎn)率（QY）為8.2%。此外，N-CDs 的熒光衰減曲線符合雙指數(shù)公式，計(jì)算的平均壽命約為3.98 ns（圖4a）。另外，離子強(qiáng)度對(duì)N-CDs 熒光性能的影響如圖4c 所示。在0.01 mol/L～1 mol/L 的NaCl 范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化，與此同時(shí)在pH 1～14 范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度也幾乎不受影響（圖4b）。即使暴露于氙弧光下180 min 后，幾乎沒(méi)有明顯變化（圖4d），這表明N-CDs 具有良好的發(fā)光穩(wěn)定性。這為其應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

圖4 N-CDs 的光學(xué)穩(wěn)定性圖。（a）N-CDs 和在Co2+存在下N -CDs 的熒光壽命；（b）0.5 mg/mL 的N-CDs 在不同pH 下的相對(duì)熒光發(fā)射強(qiáng)度；（c）在不同鹽離子濃度下的相對(duì)熒光發(fā)射強(qiáng)度；（d）N-CDs 被氙燈持續(xù)照射時(shí)的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化Fig. 4 (a)Fluorescence lifetime of N-CDs and N-CDs in the presence of Co2+;(b)Fluorescence intensity of 0.5 mg/mL N-CDs at different concentrations of NaCl;(c)Fluorescence intensity of 0.5 mg/ml N-CDs under different pH;(d)Fluorescence intensity of N-CDs under continuously irradiated by xenon lamp

2.3 選擇性檢測(cè)Co2+

選擇性是評(píng)價(jià)探針的傳感性能的另一個(gè)重要參數(shù)。在相同條件下檢測(cè)加入常見(jiàn)的代表性金屬離子（Ag+，F(xiàn)e3+，Mg2+，Mn2+，Na+，K+，Ca2+，Cu2+，Zn2+，Ni2+，F(xiàn)e2+，Co3+，Cd2+，Pb2+和Hg2+）研究其對(duì)N-CDs 的熒光強(qiáng)度的影響。如圖5a 所示，Co2+能夠?qū)-CDs 的熒光明顯猝滅，而其他陽(yáng)離子對(duì)NCDs 的熒光強(qiáng)度沒(méi)有明顯的影響。此外，我們還考察了在其他金屬離子共存的條件下，N-CDs 抗干擾的能力。如圖5b 所示當(dāng)體系中存在相同濃度的其他金屬離子時(shí)，并不會(huì)對(duì)Co2+產(chǎn)生明顯的干擾，說(shuō)明N-CDs 能夠選擇性檢測(cè)Co2+。圖5c 所示隨著Co2+濃度的增加，N-CDs 在545 nm 處熒光強(qiáng)度逐漸減弱，直至猝滅。同時(shí)Co2+的濃度與體系的F0/F在0.34 μmol/L～120 μmol/L 的 范 圍 內(nèi) 具 有 良 好的線性關(guān)系（圖5c），其檢測(cè)限為0.074 μmol/L（S/N=3）。此外，我們對(duì)比了不同方法對(duì)Co2+的檢測(cè)性能（表1）。從表中可以看出，本文合成的N-CDs能夠高靈敏高選擇性響應(yīng)Co2+，線性范圍較寬，具有相對(duì)較低的檢出限0.074 μmol/L。

表1 不同方法對(duì)Co2+檢測(cè)性能的比較Table 1 Comparison among Co2+ detection performance of different methods

圖5 N-CDs 的選擇性和抗干擾性，不同濃度Co2+的熒光滴定和F0/F 和Co2+的線性關(guān)系圖。（a）N-CDs 的金屬離子選擇性；（b）N-CDs 在其他常見(jiàn)金屬離子共存條件下對(duì)Co2+的熒光響應(yīng)；（c）在0 μmol/L～211 μmol/L Co2+N-CDs 濃度下N-CDs 的熒光發(fā)射光譜；（d）0.34 μmol/L～120 μmol/L 的濃度范圍內(nèi)F0/F 和Co2+濃度的線性關(guān)系Fig. 5 (a)Selectivity analysis for Co2+detection by the relative FL intensity of N-CDs;(b)Fluorescence response of the N-CDs at 545 nm in the presence of different metal ions with(red sign)and without(black sign)Co2+. (c)Fluorescence emission spectra of NCDs upon addition of various concentrations of Co2+(from top to bottom,0-211 μmol/L);(d)The linear relationship between F0/F andCo2+concentration from 0.34-120 μmol/L

為了更好地理解Co2+對(duì)N-CDs 的猝滅作用，在N-CDs和N-CDs/Co2+熒光壽命實(shí)驗(yàn)中，如圖4a所示，N-CDs 和加入50 μLCo2+后，通過(guò)雙指數(shù)函數(shù)擬合熒光衰減曲線，得到N-CDs 和N-CDs/Co2+平均壽命分別為3.98 ns和3.86 ns，沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，說(shuō)明NCDs 的熒光猝滅類(lèi)型可以歸為靜態(tài)猝滅，可能形成NCDs-Co2+的復(fù)合物。同時(shí)也考察了不同濃度的Co2+對(duì)N-CDs 的UV-Vis 吸收光譜圖的影響。如圖6a 所示，隨著Co2+濃度的逐漸增加，位于295 nm 處的吸收峰的位置藍(lán)移了約22 nm，強(qiáng)度逐漸降低，而在505 nm左右出現(xiàn)新的吸收峰。在不同溫度下Co2+濃度與NCDs 的F0/F的線性關(guān)系如圖6c 所示，在不同溫度下，隨著Co2+濃度的增加，F(xiàn)0/F值逐漸增加，且符合方程F0/F=1+K［Q］，當(dāng)體系溫度從25 ℃升高至35 ℃時(shí)，猝滅常數(shù)從11×103L/mol 降低到7.6×103L/mol，證明了Co2+對(duì)N-CDs 的猝滅為靜態(tài)猝滅。加入5 μL 0.1 mol/L 的Co2+后N-CDs 的Zeta 電位 從-5.85 mV 變?yōu)榱?3.12 mV（圖6d）?？赡苁怯捎谝肓薈o2+導(dǎo)致N-CD 表面的羥基、羧基或其他帶負(fù)電荷的基團(tuán)被消耗。N-CDs 和N-CDs/Co2+的FT-IR 對(duì)比圖6b 所示，加入Co2+后N-CDs 的3 111 cm-1處的峰強(qiáng)度明顯降低，而1 610 cm-1和1 401 cm-1處的峰分別移至1 620 cm-1和1 380 cm-1。這表明了熒光猝滅可能部分是由于Co2+與N-CDs 上的羥基和羧基配位［4］。

圖6 N-CDs 檢測(cè)Co2+的機(jī)理探討（a）0.67 μmol/L～83 μmol/L Co2+濃度下的N-CDs 紫外吸收強(qiáng)度圖；（b）加入Co2+前后N-CDs 的紅外光譜；（c）不同溫度下F0/F 與Co2+濃度的線性關(guān)系；（d）加入1μmol/L Co2+前后N-CDs 的Zeta 電位Fig. 6 (a)UV-Vis absorption spectra of the N-CDs and the N-CDs in the presence of Co2+(0.67-83 μmol/L);(b)FT-IR spectra of N-CDs and N-CDs in the presence of Co2+;(c)The linear relationship between F0/F and the concentrations of Co2+at 25 ℃and 35 ℃;(d)The zeta potential of N-CDs and N-CDs/Co2+

2.4 在紙基傳感中的應(yīng)用

本研究進(jìn)一步拓展到紙基傳感中的應(yīng)用。由于纖維素濾紙，成本低，易于操作，所以用濾紙作為研究的載體。如圖7a 所示，在激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm的紫外燈下觀察，N-CDs 染色的濾紙呈現(xiàn)黃綠色熒光。將常見(jiàn)金屬離子溶液（0.05 mol/L）分別浸潤(rùn)在含有N-CDs 的濾紙片上。在紫外燈下觀察，除了Co2+外，在存在其他金屬離子的情況下，幾乎沒(méi)有觀察到N-CDs 染色的濾紙片上熒光顏色變化，表明了N-CDs 紙基傳感器對(duì)Co2+具有高的選擇性。并且將不同濃度的Co2+分別滴在N-CDs 處理的紙片上時(shí)，隨著Co2+濃度的增加，濾紙片上的黃綠色熒光的強(qiáng)度逐漸減弱（圖7b）。這一結(jié)果與在水溶液中的現(xiàn)象相符，說(shuō)明N-CDs 可以實(shí)現(xiàn)半定量紙質(zhì)傳感，為Co2+的快速檢測(cè)提供了一張快速簡(jiǎn)便的分析方法。

圖7 N-CDs 染色濾紙片對(duì)不同濃度Co2+的傳感Fig. 7 Images of the N-CDs/Co2+dyed paper sensor strips under various anion conditions

2.5 N-CDs 的細(xì)胞毒性及其生物成像

通過(guò)MTT 分析評(píng)估N-CDs 對(duì)SMCC 7721 細(xì)胞的細(xì)胞毒性。如圖8 所示，MTT 研究表明，當(dāng)NCDs 濃度高達(dá)1 000 μg/mL 時(shí)，細(xì)胞的平均存 活率大于88%。這表明N-CDs 毒性小，對(duì)SMCC 7721細(xì)胞表現(xiàn)出良好的細(xì)胞活力，可將其用于細(xì)胞成像。

圖8 SMMC 7721 細(xì)胞與不同濃度N-CDs 孵育24h 后的存活率Fig. 8 SMMC 7721 Cellular viability incubated with N-CDs at different concentrations for 24 h

圖9 為200 μg/mL 的N-CDs 標(biāo) 記 的SMCC 7721 細(xì)胞的熒光成像結(jié)果（a 為明場(chǎng)成像結(jié)果；b 為暗場(chǎng)成像結(jié)果；c 為明、暗場(chǎng)疊加成像結(jié)果）。如圖所示，N-CDs 能輕易透過(guò)SMCC 7721 細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，發(fā)出黃綠色熒光且保持良好的形態(tài)，表明N-CDs 具有良好的生物相容性。在488 nm 的激發(fā)波長(zhǎng)下，細(xì)胞發(fā)出明亮的熒光，且細(xì)胞輪廓清楚，發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定，且如圖9（g）-（i）所示，在408 nm、488 nm 和514 nm 激發(fā)下細(xì)胞呈現(xiàn)出不同的熒光顏色，在408 nm、488 nm 和514 nm 激發(fā)下細(xì)胞呈現(xiàn)出不同的熒光顏色，說(shuō)明N-CDs 對(duì)細(xì)胞有很好的光學(xué)成像效果，在細(xì)胞成像方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。如圖9（d）-（f）所示，將200 μL 的N-CDs 與細(xì)胞共孵育1 h 后，在激光共聚焦顯微鏡下觀察。在Co（II）加入后，隨著Co（II）逐漸進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞的熒光逐漸減弱，形態(tài)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，因此，N-CDs 具有在活細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)Co（II）的潛在應(yīng)用。

圖9 N-CDs 在SMCC 7 721 細(xì)胞中激光激發(fā)下的共聚焦熒光圖像（a）明場(chǎng)；（b）暗場(chǎng)；（c）疊加場(chǎng)（d）-（f）為分別加入0 μL，10 μL 和30 μL Co2+后細(xì)胞的熒光成像；（g）408 nm 激發(fā)（h）488 nm 激發(fā)和（i）514 nm 激發(fā)下的細(xì)胞成像（比例尺為20 μm）Fig. 9 Fluorescence imaging of SMCC 7 721 cells treated with N-CDs. (a)bright field,(b)under 488 nm excitation,(c)overlay images of(a,b);Fluorescence imaging of cells after adding 0 μL(d),10 μL(e),and 30 μL(f)Co2+,respectively;(g)under 408 nm,(h)under 488 nm,and(i)under 514 nm excitation,(Scale bar:20 μm)

3 結(jié)論

本文通過(guò)以D-葡萄糖和L-天冬氨酸為前體直接一鍋法合成了N-CDs，構(gòu)建了用于高靈敏度和高選擇性識(shí)別Co2+的分析方法。該探針在0.34 μmol/L～120 μmol/L 的范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。N-CDs 已成功應(yīng)用于基于紙張的Co2+離子檢測(cè)，提供了一種簡(jiǎn)便易行的Co2+檢測(cè)方法。另外，該探針還擴(kuò)展到細(xì)胞成像。為環(huán)境和生物傳感應(yīng)用提供了平臺(tái)。