一步水热法制备氮掺杂碳点用于Fe^(3+)检测及细胞成像

摘要

以生物相容性优异的人体必需氨基酸分子色氨酸和苏氨酸为前驱体,通过一步水热法合成了水溶性良好的蓝色荧光氮掺杂碳点(N-CDs)。采用高分辨率透射电镜、X射线衍射光谱、X射线光电子能谱、傅里叶红外吸收光谱、紫外可见吸收光谱、荧光光谱对其结构、组成和光学性质进行研究。结果表明所制备的N-CDs尺寸均一,平均粒径为4.1 nm,具有与石墨相似的结构;表面含有羟基、羧基、氨基等官能团,亲水基团的存在使其具有良好的水溶性;碳、氮、氧元素的含量分别为70.8%、8.4%和20.8%;该碳点具有良好的耐盐性和光稳定性,在pH值为弱酸和中性时荧光稳定,荧光量子产率高达87.09%。由于碳点表面的含氧官能团可与Fe^(3+)发生络合反应使其荧光猝灭,基于该反应建立了检测生活饮用水中Fe^(3+)的分析方法。方法在1~20μmol/L和20~50μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限(S/N=3)为0.36μmol/L。用于瓶装饮用矿泉水中Fe^(3+)的检测,加标回收率为97.3%~107%,相对标准偏差不大于2.0%。采用HL-7702细胞进行细胞毒性研究,该碳点表现出较低的细胞毒性,具有良好的生物相容性,并成功用于HL-7702细胞体外成像,实现了细胞中Fe^(3+)的可视化。该碳点优异的光学性能使其在分析检测及细胞成像领域具有巨大的应用潜力。