江南大学药学院、江南大学化学与材料工程学院–可切换的双色石墨烯量子点是一种非常有前途的高灵敏度pH值检测和生物成像荧光探针

石墨烯量子点在生物传感、荧光成像、生物医学、能量储存与转化、催化等方面得到了广泛的应用，但高发光效率的多色石墨烯量子点的设计与合成仍面临着巨大的挑战。该研究报道了通过一步热解合成组氨酸、丝氨酸和五乙烯己胺功能化和硼掺杂石墨烯量子点(HSPB-GQD)。HSPB-GQD由2-5纳米的石墨烯片组成，含有羧基、羟基、氨基、亚氨基和咪唑。组氨酸、丝氨酸、五乙烯己胺和硼原子的协同作用改善了发光行为。这实现了独特的可切换双色发光。在370 nm的紫外激发下，产生一个强烈的蓝色荧光，最大发射波长为455 nm，量子产率为72.34%。可见光在480 nm激发下产生强烈的黄色荧光，最大发射波长为560 nm，量子产率为72.59%。含氮和含氧基团构成的多重质子解离体系使黄色荧光对环境pH值敏感。在4.5 ~ 10.0范围内，强度随pH的增加呈线性增加。有机分子和无机离子不干扰pH值检测。HSPB-GQD作为一种对细胞活力影响不大的荧光探针，成功地应用于生物和环境水样的pH检测和细胞成像。

图1. HSPB-GQD的合成方案。

图2. HSPB-GQD的TEM图像(A)、AFM图像(B、C)和FTIR光谱(D)。

图3. HSPB-GQD的Total (A)， C_1s (B)， N_1s (C)和B_1s (D)XPS谱。

图4. HSPB-GQD在激发波长为340 (a)、350 (b)、360 (c)、370 (d)、400 (e)、420 (f)、430 (g)、450 (h)和480 nm (i)时的荧光光谱(A)以及峰值荧光强度与激发波长(a)和最大发射波长与激发波长的关系(b)。

图5. GQD、H-GQD、HS-GQD、HSP -GQD和HSPB-GQD在370 nm UV激发和480 nm Vis激发下的峰值荧光强度。

图6. HSPB-GQD在pH为4.5和10的BR缓冲液中的荧光光谱(A)和HSPB-GQD在pH为4.5和10之间的pH响应可逆性(B)。

图7. HSPB-GQD在pH为4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5和10的BR缓冲液中可见光激发480 nm时的荧光光谱(A)和560 nm处峰值荧光强度与pH值的关系曲线(B)。

图8. 添加干扰前后峰值荧光强度(F/F₀的变化。

图9. Hela细胞在HSPB-GQD中培养不同时间的黄色CLSM图像。

相关研究成果由江南大学药学院Li Ruiyi、江南大学化学与材料工程学院Li Zaijun等人于2022年发表在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。