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绿色荧光氮化碳纳米片的制备及其应用细胞内铜离子检测的研究

宋志平  郭良洽  
【摘要】:随着Cu在工业中的广泛使用,环境中的Cu~(2+)污染逐渐引起人们越来越多的关注。传统的分析方法已如原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等已经应用于监测Cu~(2+)监测。然而,这些方法需要昂贵的仪器以及专业人员操作,很大程度限制了它的应用范围。同时,Cu~(2+)是许多生物酶的辅酶因子,并且它与很多疾病有很大的联系,如威尔逊病和阿尔茨海默氏病。此外,高浓度的Cu~(2+)对人体健康是具有很大的危害,比如它会引起婴儿严重的肝损伤以及儿童肝硬化等疾病~([1])。因此,研发简便灵敏选择性的Cu~(2+)检测方法具有重要的意义。近年来,由于荧光传感器具有灵敏度高,选择性好,操作简单等特点。人们已经开发了一些基于荧光材料,如贵金属钠米簇、过渡金属量子点和荧光染料等传感器应用于Cu~(2+)检测。然而,这些荧光材料往往存在一些不足之处,如光稳定差、制备成本高、制备过程复杂以及生物相容性差等缺点。因此,开发一种光学稳定性好、生物相容性好、成本低的荧光材料成为构建Cu~(2+)荧光传感器的研究重点。最近,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是一种新兴的碳基荧光纳米材料。与其他碳基材料不同的是,通过前驱体高温聚合制备得到的g-C_3N_4粉末不需要经过任何处理就可以发射较强的蓝色荧光。因此,由于具有良好的荧光性能以及生物相容性,g-C_3N_4开始应用于生物成像以及传感器领域。此外,由于g-C_3N_4含有丰富的氮元素,因此它的表面可以与金属离子进行配位。例如,Lee等人首先报道介孔的g-C_3N_4可作为一种检测Cu~(2+)的化学传感器~([2])。除此之外,Sun等人也报道超薄的g-C_3N_4纳米片也可以用于灵敏检测Cu~(2+[3])。此外,对于g-C_3N_4细胞成像报道也有很多,Xie等人报道了超声剥离的g-C_3N_4纳米片对HeLa细胞具有很好的成像作用~([4])。Park等人利用浓硫酸与高锰酸钾混合液将大块的g-C_3N_4氧化切割成10 nm的量子点,并实现对细胞膜的成像~([5])。值得注意的是,大多数文献报道的g-C_3N_4纳米片都只是发射蓝色荧光,对于绿色荧光g-C_3N_4纳米片用于生物内目标物的检测却鲜有关注。我们利用硝酸氧化处理苯基掺杂的氮化碳粉末(PGCN)制备均一、稳定、量子产率高的绿色荧光氮化碳纳米片(OGPCN)。由于,Cu~(2+)对该纳米片具有很好的荧光猝灭作用。因此,我们制备的OGPCN纳米片可用于构建Cu~(2+)检测的荧光传感器,且在0.1-2μM内有良好的线性关系。此外,由于该纳米片具有高的稳定性以及良好的生物相容性,我们利用荧光成像技术将该纳米片应用于细胞内Cu~(2+)的半定量检测。实验原理如图1所示。

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