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基于黃綠色熒光碳點的硒醇納米探針的構建及分析應用研究

來源: X-MOL 2017-06-15 13:47:01

硒代半胱氨酸（Selecysteine, Sec）是含硒蛋白的一個基本構建單元，執行了體內各種含硒物質的大部分功能。熒光分析法具有高靈敏度、高選擇性并可原位、實時細胞成像等優點。目前報道的測定Sec的光學探針主要為有機小分子熒光探針，存在光穩定性差、不利于長時間熒光成像的缺點。基于碳點（CDs）的納米熒光探針在一定程度上能夠減少甚至消除上述缺點，從而實現細胞中Sec的原位、實時、動態表征。

近日，西北大學的楊小峰（點擊查看介紹）、李華（點擊查看介紹）課題組首次以間氨基酚為原料，合成并純化得到黃綠色熒光碳點（Y-G-CDs），該碳點具有量子產率高、熒光激發/發射波長較長等優點。在此基礎上，他們以Y-G-CDs為熒光團，2,4-二硝基苯磺酰基（DNS）為識別基團，制備了表面含有2,4-二硝基苯磺酰胺的納米熒光探針（CD-DNS）。該探針可選擇性檢測硒醇類物質(Figure 1)。

Figure 2. (A) Fluorescence spectra of CD-DNS (20 μg mL-1) upon addition of increasing concentrations of Sec (0-40 μM) in phosphate buffer. (B) Time course of fluorescence intensity of CD-DNS (20 μg mL-1) in the presence of Sec (40 μM), Cys (100 μM), and GSH (1 mM) in phosphate buffer. λex/λem = 450/514 nm.

由于表面含有2,4-硝基苯，探針CD-DNS幾乎無熒光產生，而基于Sec中-Se-強的親核能力，可與探針的2,4-二硝基苯磺酰胺發生親核取代反應，從而導致體系的熒光信號顯著升高，由此實現細胞中Sec的高靈敏度、高選擇性檢測（Figure 2A）。動力學研究表明，該反應速率較快，10分鐘后體系熒光信號趨于穩定（Figure 2B）。除此之外，細胞中其他硫醇類化合物，如谷胱甘肽（GSH）、半胱氨酸（Cys）和高半胱氨酸（Hcy）對檢測Sec干擾較小，CD-DNS對Sec的檢測表現出很好的選擇性（Figure 3）。

Figure 3. Fluorescence intensity of CD-DNS (20 μg mL-1) in the presence of various analytes in phosphate buffer. Cys and Hcy are both 100 μM. The concentrations of other analytes are 1.0 mM. λex/λem =450/514 nm.

實驗結果表明，CD-DNS對外源和內源硒醇均表現出較好的細胞成像效果。CD-DNS染色的L929細胞無明顯熒光信號（Figure 4a）。在CD-DNS染色的細胞中加入外源Sec后，體系熒光明顯增強(Figure 4B)。利用不同濃度Na2SeO3誘導細胞產生硒醇類物質，然后用CD-DNS染色細胞，體系熒光強度明顯增強，其熒光信號與Na2SeO3的濃度成正相關（Figure 4C and 4D）。這說明該探針可用于內源硒醇的定量檢測，這一研究成果近期發表在Analytical Chemistry 上。該工作得到國家自然科學基金項目的資助（nos. 21475105, 21275117, 21375105）。

Figure 4. Confocal fluorescence images of Sec in L929 cells. Cells were incubated with CD-DNS (20 μg mL-1) for 6 h, and then subjected to different treatments; (A) control (no Sec); (B) cells treated with Sec (40 μM). (C) and (D) were the cells pretreated with 5 or 10 μM of Na2SeO3 for 12 h, respectively, followed by incubation with CD-DNS (20 μg mL-1) for additional 6 h. Scale bar: 30 μm.

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