碳为光止——基于碳点荧光猝灭信号对炭疽生物标志物的测定（《分析测试学报》精选论文20190703）
2019/8/16
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第7期精选论文之三:基于铜掺杂碳纳米点荧光测定炭疽生物标志物
炭疽芽孢是芽孢杆菌中一种能致炭疽热的危险病原体，人类可通过食用或者吸入炭疽热芽孢、皮肤接触被感染的动物，或者吸入被细菌污染的物质而被感染。同时，炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis, B.anthracis）曾作为生化武器严重威胁人类的生命健康，所以准确和灵敏地检测B.anthracis对于预防和控制生物攻击及疾病爆发十分重要。2,6-吡啶二甲酸（Dipicolinic acid, DPA）是B.anthracis中特有的成分，约占芽孢干重的5%～15%。因此，DPA可作为B.anthracis中重要的生物标志物用于B.anthracis检测。目前，B.anthracis的光学测定方法主要是基于镧系金属元素的荧光传感，但存在成本高，当DPA浓度较低时荧光比色不明显等不足。
荧光碳点（CDs）是一种尺寸小于10 nm，以碳为基本骨架，表面含有大量含氧基团的单分散类球形纳米颗粒。CDs不仅具有光学性质稳定、易于表面功能化和大规模制备等优势，还具有生物相容性好和细胞毒性低等特性，已被广泛应用于体内外活体生物成像、荧光标记、荧光探针等领域的研究。同时，研究发现金属掺杂能够在很大程度上改变碳纳米点的电荷密度、光学及物理化学性质，从而拓宽其应用范围。
云南省第三人民医院华鹏等以柠檬酸、乙二胺为前体，硫酸铜为金属掺杂剂，经一步水热法制备出一种稳定的水溶性蓝色荧光铜掺杂碳纳米点（Cu-CDs），荧光量子产率达39.17%。由于Cu-CDs中含有大量铜离子，在酸性条件下，DPA分子中的羧基和吡啶氮能与铜离子产生较强的螯合作用而稳定地结合在Cu-CDs表面上。该螯合体系增强了Cu-CDs的π-π*共轭吸收，改变了荧光产生过程中的能级跃迁，在相同的激发波长下，体系荧光发射波长出现红移，随着DPA浓度的增大，红移现象逐渐明显，Cu-CDs的蓝色荧光逐渐减弱（见上文原理图）。基于上述原理实现了对DPA的特异性荧光检测，在最佳条件下，DPA分别在5～100 nmol/L和150～400nmol/L浓度范围内与Cu-CDs的荧光猝灭率呈良好的线性关系，检出限达2.3 nmol/L。该方法操作简单、特异性强、灵敏度高、成本低，可用于炭疽生物标志物的测定。该研究具有良好的应用前景，相关内容发表于《分析测试学报》2019年7期第792~797页。
doi：10.3969/j.issn.1004-4957.2019.07.004
【引用本文】：华 鹏, 黄 玉, 周 阳, 何繁漪, 杨琼晖, 朱为梅. 基于铜掺杂碳纳米点荧光测定炭疽生物标志物[J]. 分析测试学报, 2019, 38(7)：792-797.
【Cite this article】：HUA Peng, HUANG Yu, ZHOU Yang, HE Fan-yi, YANG Qiong-hui, ZHU Wei-mei. Fluorescence Determination of Anthrax Biomarker Based on Copper-doped Carbon Nanodots [J]. Journal of Instrumental Analysis, 2019, 38(7): 792-797.
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