石墨烯量子點在生物傳感、熒光成像、生物醫學、能量儲存與轉化、催化等方面得到了廣泛的應用，但高發光效率的多色石墨烯量子點的設計與合成仍面臨著巨大的挑戰。該研究報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(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同作用改善了發光行為。這實現了獨特的可切換雙色發光。在370 nm的紫外激發下，產生一個強烈的藍色熒光，最大發射波長為455 nm，量子產率為72.34%。可見光在480 nm激發下產生強烈的黃色熒光，最大發射波長為560 nm，量子產率為72.59%。含氮和含氧基團構成的多重質子解離體系使黃色熒光對環境pH值敏感。在4.5 ~ 10.0范圍內，強度隨pH的增加呈線性增加。有機分子和無機離子不干擾pH值檢測。HSPB-GQD作為一種對細胞活力影響不大的熒光探針，成功地應用于生物和環境水樣的pH檢測和細胞成像。
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在激發波長為340 (a)、350 (b)、360 (c)、370 (d)、400 (e)、420 (f)、430 (g)、450 (h)和480 nm (i)時的熒光光譜(A)以及峰值熒光強度與激發波長(a)和最大發射波長與激發波長的關系(b)。
圖5. GQD、H-GQD、HS-GQD、HSP -GQD和HSPB-GQD在370 nm UV激發和480 nm Vis激發下的峰值熒光強度。
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480 nm時的熒光光譜(A)和560 nm處峰值熒光強度與pH值的關系曲線(B)。
圖8. 添加干擾前后峰值熒光強度(F/F
0的變化。
圖9. Hela細胞在HSPB-GQD中培養不同時間的黃色CLSM圖像。
相關研究成果由江南大學藥學院Li Ruiyi、江南大學化學與材料工程學院Li Zaijun等人于2022年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
