搜索:  
南京林業大學周曉燕教授課題組:橙色熒光發射的碳量子點在傷口pH檢測中的應用
2019-10-12  來源:中國聚合物網

  傷口愈合過程存在大量的生物化學反應并易受到外界環境的影響,感染后的傷口中由于生物體酶和細菌的存在,其pH值從正常皮膚的5–5.5能夠顯著增加至7–9。因此,大量研究結果表明,傷口pH的有效監測對于了解傷口愈合狀況從而進行藥物干預治療具有重要的指導意義。目前開發的傷口pH監測手段主要包括pH值染料固定技術、微機械傳感器、絲網印刷pH電位傳感器和伏安傳感器等,但以上方法均存在顯著的缺陷,例如,電化學傳感器由于機械脆性而導致監測性能下降,使用過程中易遭受污染且需要頻繁的校準,此外,這種pH傳感器的便攜性、兼容性和廉價性在實際應用中仍然面臨著巨大的挑戰。比色法往往需要將pH指示染料或其改性后的染料分子固定在特定的基底材料中實現pH的可視化檢測,但是這類傷口pH傳感器存在難以克服的缺陷,如染料本身具有毒性,容易流失以及抗干擾能力較差等。因此,開發一種經濟、簡單、直觀、實用的pH探針來監測創面愈合過程中的pH值仍然具有重要的現實意義。

  南京林業大學周曉燕教授課題組成員以1,2,4-三氨基苯和尿素作為前驅體,通過快速微波輔助水熱法制備得到了具有橙色熒光發射的碳量子點。研究發現,在pH為5–9的范圍內,該碳量子點表現出優異的pH依賴性熒光比色雙重響應特性,即隨著碳量子點溶液pH值的增加,紫光燈下的熒光強度逐漸增強,同時,碳量子點溶液在自然光下的顏色由紅色逐漸轉變為黃色。基于這一獨特的光學性能,該碳量子點能夠作為一種潛在的傷口pH檢測探針。考慮到碳量子點溶液本身不利于實際應用,課題組成員巧妙地將合成得到橙色熒光碳量子點水溶液直接滴涂在醫用棉布上,結果發現,由于碳量子點與棉纖維之間的氫鍵作用,負載碳量子點的棉布不僅具有優異的抗流失性,同時表現出增強的黃色熒光發射現象。體外實驗表明,當模擬傷口的pH值由5增加至9時,該熒光復合材料表現出比碳量子點溶液本身更加顯著的比色熒光雙重響應特性。此外,碳量子點與棉纖維復合后測得的歸一化熒光強度與pH值之間存在良好的非線性相關性,為此建立的簡易數學模型能夠實現pH的定量檢測。為了更加貼近實際應用,研究證實這種可視化的pH探針具有較低的生物毒性,優異的抗藥物干擾性,耐浸出性以及循環穩定性等。實驗重點考察了該pH探針在血液干擾和長期貯存后的可靠性和靈敏度,發現比色與熒光的雙重響應性不僅能夠保證pH探針在應用過程中良好的抗干擾能力和優異的穩定性,而且根據建立的數學模型可以實現pH值的準確預測,顯示出其作為傷口pH探針的巨大應用潛力。

圖1 基于碳量子點比色熒光雙重響應特性制備傷口pH探針及其檢測效果示意圖。

圖2 橙色熒光碳量子點pH依賴性的比色與熒光響應行為。

圖3 碳量子點與棉布復合材料作為pH探針的應用示意圖和實際監測效果圖。

圖4 根據歸一化熒光強度建立定量檢測pH的數學模型。

圖5 設計得到的傷口探針在血液污染情況下的pH檢測效果。

圖6 設計得到的傷口探針在長期儲存后的pH檢測效果。

  該研究成果于2019年9月以“Orange-emissive Carbon Quantum Dots: Towards Application in Wound pH Monitoring Based on Colorimetric and Fluorescent Changing”為題,發表在材料領域權威期刊small(IF=10.856)。論文第一作者為南京林業大學博士研究生楊培,材料科學與工程學院周曉燕教授陳敏智副教授為論文通訊作者。

  以上工作得到了國家自然科學基金(編號:31870549),江蘇省自然科學基金(編號:BK20161524),江蘇省333人才工程(編號:BRA2016381)以及江蘇省實踐創新計劃(編號:KYCX17_839)等項目的支持。

  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201902823

版權與免責聲明:中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載,請聯系郵箱:[email protected],并請注明出處。
(責任編輯:xu)
】【打印】【關閉

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞
2019年马会全年资料