基于高熒光碳納米粒子的Fe3+超靈敏檢測

尹蘋蘋+艾可龍+李美麗+孫國英

摘要：以廉價的豆腐殘渣為碳源，用簡單的水熱合成法，在不同的溫度下成功制備了水溶性的發(fā)射藍(lán)光的碳納米粒子（Carbon nanoparticles， CNPs）。通過AFM、Uv-vis、FTIR、NMR、XPS及熒光光譜對碳納米粒子的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，隨著制備溫度升高，CNPs的熒光量子產(chǎn)率（Quantum yield， QY）增加，當(dāng)溫度達(dá)到240 ℃時，QY可達(dá)15.24%。該CNPs熒光探針對Fe3+的檢測表現(xiàn)出了良好的靈敏度和選擇性，檢測限低至50 nmol/L。同時，CNPs熒光探針能夠?qū)崿F(xiàn)真實水樣及細(xì)胞內(nèi)Fe3+的檢測，在傳感及生物成像領(lǐng)域具有潛在的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：豆腐殘渣； 碳納米粒子； 熒光探針； 鐵離子

1引言

鐵是一切生命體不可或缺的必要元素，也是人體中含量最高的微量元素，它參與構(gòu)成了生物體內(nèi)的多種關(guān)鍵酶與蛋白質(zhì)[1，2]。鐵的過量或缺乏都會對生命體的健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，所以快速、準(zhǔn)確地檢測水中微量Fe3+就顯得尤為重要[3，4]。目前，檢測Fe3+的方法主要為原子光譜法，包括原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等[5，6]，這些方法通常具有良好的靈敏度和重復(fù)性，但也存在儀器昂貴、檢測耗時、操作繁瑣等缺點。因此，設(shè)計高靈敏度、高選擇性的熒光納米探針已成為Fe3+檢測方法中的研究熱點。目前，基于熒光素[7～9]、量子點[10～12]、沸石[13]等的檢測Fe3+的探針已被相繼報道，這些探針的出現(xiàn)極大地豐富了現(xiàn)有的Fe3+檢測方法，但也均存在不足。

本研究以豆腐殘渣為原料，通過水熱合成法制備了水溶性的藍(lán)光發(fā)射的碳納米粒子（CNPs），并實現(xiàn)了對Fe3+的快速、靈敏檢測。此探針具有以下優(yōu)勢：（1）綠色環(huán)保，在量子點的制備過程中沒有使用任何強酸、強堿及有機溶劑；（2）成本低廉，制備方法簡單，無需復(fù)雜的合成步驟和苛刻的實驗條件；（3）CNPs探針具有良好的水溶性、穩(wěn)定性，且對Fe3+的檢測具有良好的靈敏度和選擇性；（4）CNPs探針具有較低的細(xì)胞毒性， 可以通過細(xì)胞膜， 實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Fe3+的檢測，在生物成像方面具有潛在的應(yīng)用價值。

4結(jié)論

利用熒光光譜技術(shù)具有高靈敏度的特點，發(fā)展了一種基于CNPs的Fe3+離子納米探針。這種探針具有良好的水溶性和光穩(wěn)定性，且對Fe3+的檢測具有很高的靈敏度和選擇性。實際水樣和細(xì)胞內(nèi)實驗證明， 這種熒光探針具有在復(fù)雜環(huán)境體系中有效檢測Fe3+的可行性，有望用于實際樣品中Fe3+的檢測。

摘要：以廉價的豆腐殘渣為碳源，用簡單的水熱合成法，在不同的溫度下成功制備了水溶性的發(fā)射藍(lán)光的碳納米粒子（Carbon nanoparticles， CNPs）。通過AFM、Uv-vis、FTIR、NMR、XPS及熒光光譜對碳納米粒子的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，隨著制備溫度升高，CNPs的熒光量子產(chǎn)率（Quantum yield， QY）增加，當(dāng)溫度達(dá)到240 ℃時，QY可達(dá)15.24%。該CNPs熒光探針對Fe3+的檢測表現(xiàn)出了良好的靈敏度和選擇性，檢測限低至50 nmol/L。同時，CNPs熒光探針能夠?qū)崿F(xiàn)真實水樣及細(xì)胞內(nèi)Fe3+的檢測，在傳感及生物成像領(lǐng)域具有潛在的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：豆腐殘渣； 碳納米粒子； 熒光探針； 鐵離子

1引言

鐵是一切生命體不可或缺的必要元素，也是人體中含量最高的微量元素，它參與構(gòu)成了生物體內(nèi)的多種關(guān)鍵酶與蛋白質(zhì)[1，2]。鐵的過量或缺乏都會對生命體的健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，所以快速、準(zhǔn)確地檢測水中微量Fe3+就顯得尤為重要[3，4]。目前，檢測Fe3+的方法主要為原子光譜法，包括原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等[5，6]，這些方法通常具有良好的靈敏度和重復(fù)性，但也存在儀器昂貴、檢測耗時、操作繁瑣等缺點。因此，設(shè)計高靈敏度、高選擇性的熒光納米探針已成為Fe3+檢測方法中的研究熱點。目前，基于熒光素[7～9]、量子點[10～12]、沸石[13]等的檢測Fe3+的探針已被相繼報道，這些探針的出現(xiàn)極大地豐富了現(xiàn)有的Fe3+檢測方法，但也均存在不足。

本研究以豆腐殘渣為原料，通過水熱合成法制備了水溶性的藍(lán)光發(fā)射的碳納米粒子（CNPs），并實現(xiàn)了對Fe3+的快速、靈敏檢測。此探針具有以下優(yōu)勢：（1）綠色環(huán)保，在量子點的制備過程中沒有使用任何強酸、強堿及有機溶劑；（2）成本低廉，制備方法簡單，無需復(fù)雜的合成步驟和苛刻的實驗條件；（3）CNPs探針具有良好的水溶性、穩(wěn)定性，且對Fe3+的檢測具有良好的靈敏度和選擇性；（4）CNPs探針具有較低的細(xì)胞毒性， 可以通過細(xì)胞膜， 實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Fe3+的檢測，在生物成像方面具有潛在的應(yīng)用價值。

4結(jié)論

利用熒光光譜技術(shù)具有高靈敏度的特點，發(fā)展了一種基于CNPs的Fe3+離子納米探針。這種探針具有良好的水溶性和光穩(wěn)定性，且對Fe3+的檢測具有很高的靈敏度和選擇性。實際水樣和細(xì)胞內(nèi)實驗證明， 這種熒光探針具有在復(fù)雜環(huán)境體系中有效檢測Fe3+的可行性，有望用于實際樣品中Fe3+的檢測。

摘要：以廉價的豆腐殘渣為碳源，用簡單的水熱合成法，在不同的溫度下成功制備了水溶性的發(fā)射藍(lán)光的碳納米粒子（Carbon nanoparticles， CNPs）。通過AFM、Uv-vis、FTIR、NMR、XPS及熒光光譜對碳納米粒子的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，隨著制備溫度升高，CNPs的熒光量子產(chǎn)率（Quantum yield， QY）增加，當(dāng)溫度達(dá)到240 ℃時，QY可達(dá)15.24%。該CNPs熒光探針對Fe3+的檢測表現(xiàn)出了良好的靈敏度和選擇性，檢測限低至50 nmol/L。同時，CNPs熒光探針能夠?qū)崿F(xiàn)真實水樣及細(xì)胞內(nèi)Fe3+的檢測，在傳感及生物成像領(lǐng)域具有潛在的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：豆腐殘渣； 碳納米粒子； 熒光探針； 鐵離子

1引言

鐵是一切生命體不可或缺的必要元素，也是人體中含量最高的微量元素，它參與構(gòu)成了生物體內(nèi)的多種關(guān)鍵酶與蛋白質(zhì)[1，2]。鐵的過量或缺乏都會對生命體的健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，所以快速、準(zhǔn)確地檢測水中微量Fe3+就顯得尤為重要[3，4]。目前，檢測Fe3+的方法主要為原子光譜法，包括原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等[5，6]，這些方法通常具有良好的靈敏度和重復(fù)性，但也存在儀器昂貴、檢測耗時、操作繁瑣等缺點。因此，設(shè)計高靈敏度、高選擇性的熒光納米探針已成為Fe3+檢測方法中的研究熱點。目前，基于熒光素[7～9]、量子點[10～12]、沸石[13]等的檢測Fe3+的探針已被相繼報道，這些探針的出現(xiàn)極大地豐富了現(xiàn)有的Fe3+檢測方法，但也均存在不足。

本研究以豆腐殘渣為原料，通過水熱合成法制備了水溶性的藍(lán)光發(fā)射的碳納米粒子（CNPs），并實現(xiàn)了對Fe3+的快速、靈敏檢測。此探針具有以下優(yōu)勢：（1）綠色環(huán)保，在量子點的制備過程中沒有使用任何強酸、強堿及有機溶劑；（2）成本低廉，制備方法簡單，無需復(fù)雜的合成步驟和苛刻的實驗條件；（3）CNPs探針具有良好的水溶性、穩(wěn)定性，且對Fe3+的檢測具有良好的靈敏度和選擇性；（4）CNPs探針具有較低的細(xì)胞毒性， 可以通過細(xì)胞膜， 實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Fe3+的檢測，在生物成像方面具有潛在的應(yīng)用價值。

4結(jié)論

利用熒光光譜技術(shù)具有高靈敏度的特點，發(fā)展了一種基于CNPs的Fe3+離子納米探針。這種探針具有良好的水溶性和光穩(wěn)定性，且對Fe3+的檢測具有很高的靈敏度和選擇性。實際水樣和細(xì)胞內(nèi)實驗證明， 這種熒光探針具有在復(fù)雜環(huán)境體系中有效檢測Fe3+的可行性，有望用于實際樣品中Fe3+的檢測。