石墨烯量子點(diǎn)在生物傳感、熒光成像、生物醫(yī)學(xué)、能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化、催化等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但高發(fā)光效率的多色石墨烯量子點(diǎn)的設(shè)計(jì)與合成仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。該研究報(bào)道了通過一步熱解合成組氨酸、絲氨酸和五乙烯己胺功能化和硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)(HSPB-GQD)。HSPB-GQD由2-5納米的石墨烯片組成，含有羧基、羥基、氨基、亞氨基和咪唑。組氨酸、絲氨酸、五乙烯己胺和硼原子的協(xié)同作用改善了發(fā)光行為。這實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的可切換雙色發(fā)光。在370 nm的紫外激發(fā)下，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的藍(lán)色熒光，最大發(fā)射波長為455 nm，量子產(chǎn)率為72.34%。可見光在480 nm激發(fā)下產(chǎn)生強(qiáng)烈的黃色熒光，最大發(fā)射波長為560 nm，量子產(chǎn)率為72.59%。含氮和含氧基團(tuán)構(gòu)成的多重質(zhì)子解離體系使黃色熒光對(duì)環(huán)境pH值敏感。在4.5 ~ 10.0范圍內(nèi)，強(qiáng)度隨pH的增加呈線性增加。有機(jī)分子和無機(jī)離子不干擾pH值檢測。HSPB-GQD作為一種對(duì)細(xì)胞活力影響不大的熒光探針，成功地應(yīng)用于生物和環(huán)境水樣的pH檢測和細(xì)胞成像。
圖1. HSPB-GQD的合成方案。
圖2. HSPB-GQD的TEM圖像(A)、AFM圖像(B、C)和FTIR光譜(D)。
圖3. HSPB-GQD的Total (A)， C
1s (B)， N
1s (C)和B
1s (D)XPS譜。
圖4. HSPB-GQD在激發(fā)波長為340 (a)、350 (b)、360 (c)、370 (d)、400 (e)、420 (f)、430 (g)、450 (h)和480 nm (i)時(shí)的熒光光譜(A)以及峰值熒光強(qiáng)度與激發(fā)波長(a)和最大發(fā)射波長與激發(fā)波長的關(guān)系(b)。
圖5. GQD、H-GQD、HS-GQD、HSP -GQD和HSPB-GQD在370 nm UV激發(fā)和480 nm Vis激發(fā)下的峰值熒光強(qiáng)度。
圖6. HSPB-GQD在pH為4.5和10的BR緩沖液中的熒光光譜(A)和HSPB-GQD在pH為4.5和10之間的pH響應(yīng)可逆性(B)。
圖7. HSPB-GQD在pH為4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5和10的BR緩沖液中可見光激發(fā)480 nm時(shí)的熒光光譜(A)和560 nm處峰值熒光強(qiáng)度與pH值的關(guān)系曲線(B)。
圖8. 添加干擾前后峰值熒光強(qiáng)度(F/F
0的變化。
圖9. Hela細(xì)胞在HSPB-GQD中培養(yǎng)不同時(shí)間的黃色CLSM圖像。
相關(guān)研究成果由江南大學(xué)藥學(xué)院Li Ruiyi、江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院Li Zaijun等人于2022年發(fā)表在Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy (https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121028)上。原文：Switchable two-color graphene quantum dot as a promising fluorescence probe to highly sensitive pH detection and bioimaging。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
