组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
铜离子（Cu2+，copper ions）；样品基质：Hela 活细胞、PBS/生理缓冲液
检测原理
该传感器采用比率荧光机制。AE-TPEA 作为 Cu2+ 特异性识别分子，与 Cu2+ 结合后引起表面 CQDs 的 485 nm 蓝光荧光猝灭；而 CdSe/ZnS QDs 被 SiO2 壳包覆，对 Cu2+ 惰性，其 644 nm 红光荧光保持恒定，作为内参信号。在 400 nm 单波长激发下，蓝光强度随 Cu2+ 浓度增加而下降，红光强度基本不变，因此 I485/I644 随 Cu2+ 浓度连续降低，并在约 10−6–10−4 M 范围内呈线性。比率法通过内参校正消除激发强度、探针浓度和环境波动影响，溶液颜色可由绿黄变为红色，便于肉眼和显微镜观察，从而实现活细胞内 Cu2+ 的实时成像。
检测灵敏度
LOD: around 1 μM (S/N = 3)；线性范围: around 10−6–10−4 M；监测范围: 5×10−6–2×10−4 M
效应效果
该探针在生理 pH 下对 Cu2+ 具有较高选择性：加入 1 μM Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 和 50 μM Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu+ 等共存金属离子时，I485/I644 无明显变化；100 μM 氨基酸亦不干扰 Cu2+ 信号。稳定性方面，400 nm 激发下 2 h 内 485 和 644 nm 荧光响应变化小于 5%，且在宽 pH 范围内稳定。MTT 实验显示，0.10 mg/mL 探针处理 Hela 细胞 24 h 后细胞活力下降小于 5%。在 Hela 细胞中，探针可进入不同细胞区室；经 CuCl2 和 PDTC 处理后，480–580 nm 通道变暗，600–680 nm 通道基本不变，整体颜色由绿黄转为红色，证明其可用于胞内 Cu2+ 动态监测。
传感器的构成
- 参考荧光核：CdSe/ZnS 量子点（QDs），发射 644 nm 红光，作为 Cu2+ 检测的内参信号
- 惰性包覆层：SiO2 壳（CdSe@SiO2），包覆 CdSe/ZnS QDs，提高稳定性并屏蔽 Cu2+，使参考信号恒定
- 氨基功能化层：SiO2 表面氨基（-NH2），用于与 CQDs 表面羧基静电组装
- 响应荧光层：碳量子点（CQDs，约 5 nm，表面含 -COOH/-OH），发射 485 nm 蓝光，作为 Cu2+ 响应信号
- 识别元件：AE-TPEA（N-(2-aminoethyl)-N,N,N’-tris(pyridin-2-ylmethyl)ethane-1,2-diamine），经 EDC/NHS 与 CQDs 酰胺化偶联，特异性结合 Cu2+
- 信号读出：400 nm 单波长激发下读取 485/644 nm 荧光强度比（I485/I644）或颜色变化，可用荧光光谱/共聚焦显微镜成像
中文摘要
本文报道了一种基于碳量子点（CQDs）双发射纳米杂化材料的比率荧光传感器，用于活细胞内铜离子（Cu2+）的成像与检测。作者将 Cu2+ 特异性识别分子 N-(2-氨基乙基)-N,N,N’-三(吡啶-2-基甲基)乙烷-1,2-二胺（AE-TPEA）偶联到由 CQDs 和 CdSe/ZnS 量子点（QDs）组成的 CdSe@C 纳米杂化体上。CQDs 在 400 nm 激发下发射 485 nm 蓝光，作为响应信号；包覆 SiO2 壳的 CdSe/ZnS QDs 发射 644 nm 红光，对 Cu2+ 惰性，作为内参信号。Cu2+ 与 AE-TPEA 结合后引起蓝光猝灭，而红光基本不变，因此 I485/I644 随 Cu2+ 浓度连续变化，可在生理 pH 下 5×10−6–2×10−4 M 范围内监测，检出限约 1 μM。该探针具有良好水溶性、光稳定性、pH 稳定性和低细胞毒性，并可在 Hela 细胞中实现胞内 Cu2+ 的实时荧光成像。
英文摘要
A sensitive biosensor: A strategy for the intracellular imaging of Cu(2+) ions has been developed by integrating a recognition molecule, N-(2-aminoethyl)-N,N,N'tris(pyridin-2-ylmethyl)ethane-1,2-diamine (AE-TPEA), into a hybrid system composed of carbon and CdSe/ZnS quantum dots.