水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光光度法測(cè)定硫酸慶大霉素

莊布軍，黃 琛，張 莉，吳伯岳，高衛(wèi)真，

（1.天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系，天津300070；2.天津醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院，天津300203）

論著

水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光光度法測(cè)定硫酸慶大霉素

莊布軍1，黃 琛2，張 莉2，吳伯岳2，高衛(wèi)真1，2

（1.天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系，天津300070；2.天津醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院，天津300203）

目的：基于CdTe量子點(diǎn)的熒光淬滅現(xiàn)象，建立一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和高靈敏度的檢測(cè)硫酸慶大霉素的新方法。方法：以巰基乙酸（TGA）為穩(wěn)定劑，在水相中合成CdTe量子點(diǎn)，并用熒光分光光度計(jì)、紅外光譜儀、透射電鏡對(duì)其進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，優(yōu)化了CdTe量子點(diǎn)TGA、鎘、碲三者之間的比例，考察了不同pH與回流時(shí)間對(duì)量子點(diǎn)熒光性質(zhì)的影響。通過(guò)測(cè)定CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的下降，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硫酸慶大霉素注射液濃度的測(cè)定。結(jié)果：合成了熒光發(fā)射峰在607 nm、粒徑在4.0 nm左右的CdTe量子點(diǎn)。硫酸慶大霉素對(duì)CdTe量子點(diǎn)的熒光有淬滅作用，在pH=7.4的磷酸鹽緩沖體系中，硫酸慶大霉素的濃度在0.10～2.00 mg/L范圍時(shí)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度比值與硫酸慶大霉素濃度符合Stern-Volmer方程且相關(guān)系數(shù)R2=0.998 9。結(jié)論：該方法靈敏度較高，快速簡(jiǎn)便，可用于硫酸慶大霉素濃度的測(cè)定。

量子點(diǎn)；水相合成；硫酸慶大霉素；熒光檢測(cè)

慶大霉素是開(kāi)發(fā)最早的氨基糖苷類(lèi)抗生素之一。由于其較低的成本[1]、較廣的抗菌譜[2]等良好的藥效學(xué)特性[3]，成為治療革蘭陰性桿菌感染常用的抗生素之一[4]。但是使用硫酸慶大霉素的劑量過(guò)大會(huì)出現(xiàn)潛在的腎毒性[5]和耳毒性[6]，《中華人民共和國(guó)藥典》中規(guī)定慶大霉素的有效血藥濃度范圍為4～10 mg/L，避免高峰血藥濃度持續(xù)在12 mg/L以上和谷濃度超過(guò)2 mg/L[7]。因此，需要監(jiān)測(cè)硫酸慶大霉素的血藥濃度，以便給予患者合適的劑量，以達(dá)到良好的治療作用及較少的不良反應(yīng)[8-9]。目前對(duì)硫酸慶大霉素濃度檢測(cè)常用的方法有高效液相色譜法[10]、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[11]等，但這些方法存在儀器昂貴、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)[12]。因此建立快速、簡(jiǎn)便、靈敏的硫酸慶大霉素檢測(cè)方法，對(duì)保障用藥安全具有重要意義。熒光分光光度法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)以及方法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品檢驗(yàn)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物分析、冶金、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[13]。半導(dǎo)體納米晶體，又稱(chēng)為量子點(diǎn)，具有獨(dú)特的光學(xué)與電子特性、較大的比表面積以及量子尺寸效應(yīng)而成為備受關(guān)注的納米材料[14-16]。與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光材料相比，量子點(diǎn)具有優(yōu)異的耐光漂白性，窄而對(duì)稱(chēng)的發(fā)射光譜以及寬的吸收光譜[17]。近年來(lái)，量子

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑 所用化學(xué)試劑至少為分析純，水為娃哈哈純凈水。所用試劑及其來(lái)源:無(wú)水乙醇、Te粉、KBH4、CdCl2·2.5H2O、NaOH（天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司，天津），TGA（上海薩恩化學(xué)技術(shù)有限公司，上海），硫酸慶大霉素（上海晶純生化科技股份有限公司，上海），硫酸慶大霉素注射液（江蘇康寶制藥有限公司，江蘇），磷酸鹽緩沖液（PBS，0.02 mol/L，pH=7.4，配制：用500 mL水溶解8.500 g NaCl，5.543 g Na2HPO4·12H2O，0.260 g NaH2PO4·2H2O調(diào)pH至7.4，密閉保存于室溫待用）。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 F-380熒光分光光度計(jì)（天津市港東科技股份發(fā)展有限公司，天津），HT7700型透射電子顯微鏡（日立高新技術(shù)公司，日本），TENSOR27傅立葉變換紅外光譜儀（Bruker公司，德國(guó)）。

1.2 方法

1.2.1 CdTe量子點(diǎn)的制備 在安瓿瓶中依次加入38 mgTe粉、100 mg KBH4、3.0 mL水，密閉環(huán)境下室溫?cái)嚢璺磻?yīng)，直至黑色Te粉消失，得到無(wú)色透明的KHTe溶液。在100 mL三頸燒瓶中依次加入2.0 mL 0.1 mol/L的CdCl2·2.5H2O水溶液、不同體積的TGA、37.0 mL水，在磁力攪拌下滴加1.0 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH。用氬氣將該溶液在密閉體系中脫氧,然后在適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣认?向上述溶液中加入新制備的無(wú)色KHTe溶液，加熱至沸并冷凝回流一定時(shí)間，即可得到CdTe量子點(diǎn)。

1.2.2 CdTe量子點(diǎn)的表征 取回流3 h的CdTe量子點(diǎn)母液，用倍比稀釋法將量子點(diǎn)母液（C=86.4 mg/L）稀釋一千倍，滴加制樣。采用TEM對(duì)量子點(diǎn)的形貌進(jìn)行表征。取2 mg干燥好的CdTe量子點(diǎn)，加入138 mg KBr，在研缽中沿同一方向研磨均勻至無(wú)大顆粒狀固體出現(xiàn)，之后進(jìn)行壓片，置于傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行光譜掃描。

1.2.3 硫酸慶大霉素標(biāo)準(zhǔn)溶液和注射液的配置 于電子天平上稱(chēng)量100 mg硫酸慶大霉素溶于10.0 mL水中，配置成硫酸慶大霉素初濃度C0=1.0×104mg/L。待溶液分散均勻后，再取1.0 mL硫酸慶大霉素溶液加入9.0 mL水于比色管中定容至10.0 mL，配置成硫酸慶大霉素濃度C1=1 000 mg/L，采用倍比稀釋法依次稀釋成硫酸慶大霉素濃度C2=100 mg/L，C3=10 mg/L備用。取硫酸慶大霉素濃度C3=10 mg/L依次配置不同的硫酸慶大霉素濃度（C=0.10，0.20，0.50，1.50，2.00 mg/L）。取1支2 mL 8萬(wàn)單位（80 mg）的硫酸慶大霉素注射液，采用倍比稀釋法依次稀釋?zhuān)两K濃度C4=10 mg/L備用。

1.2.4 硫酸慶大霉素的檢測(cè) 將得到的量子點(diǎn)用無(wú)水乙醇進(jìn)行純化、離心、干燥，用水復(fù)溶，制得量子點(diǎn)水溶液。向比色管中依次加入2.0 mL PBS、0.7 mL CdTe量子點(diǎn)（C=86.4 mg/L）、不同濃度的硫酸慶大霉素，然后用水定容至5.0 mL，于室溫下放置40 min，以480 nm為激發(fā)波長(zhǎng)測(cè)定530～700 nm范圍內(nèi)的熒光光譜。

2 結(jié)果

2.1 CdTe量子點(diǎn)的制備及條件優(yōu)化

2.1.1 TGA與Cd的比例對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響 為獲得高性能的CdTe量子點(diǎn)，本工作考察了TGA與Cd比例對(duì)量子點(diǎn)熒光性能的影響。我們固定 [Cd]＝2.0×10-4mol/L，依次調(diào)節(jié)[TGA]/[Cd]=1.0，1.2，1.8，2.4。從圖1可知，當(dāng)[TGA]/[Cd]=1.0，1.2時(shí)，量子點(diǎn)具有較高的熒光強(qiáng)度。從圖2可知當(dāng)[TGA]/[Cd]=1.0時(shí)，硫酸慶大霉素的濃度在0.10～0.50 mg/L之間時(shí)與量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度比值不符合Stern-Volmer方程。

圖1 [TGA]/[Cd]比對(duì)量子點(diǎn)熒光光譜的影響Fig 1 Effect of the[TGA]/[Cd]ratio on fluorescence spectra of the CdTe quantum dots

圖2 硫酸慶大霉素對(duì)不同[TGA]/[Cd]比的量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度比值的影響Fig 2 Influence of the concentration of added gentamicin sulfate on the fluorescence intensity ratio of CdTe quantum dots with different[TGA]/[Cd]ratio

2.1.2 Cd、Te比例對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響 為考察Cd與Te比例對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響，我們固定[TGA] /[Cd]=1.2，[Cd]＝2.0×10-4mol/L，改變KHTe的加入量，使[Cd]/[Te]=2，4，6，8。由圖3可知，隨著[Cd]/[Te]比例的增加，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。Cd與Te的物質(zhì)的量比為8∶1的量子點(diǎn)在合成過(guò)程中產(chǎn)生暗紅色沉淀，有可能是量子點(diǎn)生長(zhǎng)速度過(guò)快突破納米尺度，形成CdTe體材料的原因。一個(gè)星期內(nèi)Cd與Te的物質(zhì)的量比為6∶1，回流不同時(shí)間的量子點(diǎn)也出現(xiàn)不同程度的沉淀，而Cd與Te的物質(zhì)的量比為4∶1、2∶1時(shí)的量子點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有沉淀產(chǎn)生。

圖3 [Cd]/[Te]比對(duì)量子點(diǎn)熒光光譜的影響Fig 3 Effect of the [Cd]/[Te]ratio on fluorescence spectra of the CdTe quantum dots

2.1.3 pH對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響 為研究pH對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響，我們固定 [TGA]/[Cd]=1.2，[Cd]＝2.0×10-4mol/L，[Cd]/[Te]=4，通過(guò)向反應(yīng)體系中加入不同體積的NaOH溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)pH= 8.0，10.0，12.0。由圖4可知，隨pH的增加，量子點(diǎn)最大發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)生明顯紅移，在pH=12.0時(shí)量子點(diǎn)峰值較高。

圖4 pH對(duì)量子點(diǎn)熒光光譜的影響Fig 4 Effect of the pH on fluorescence spectra of the CdTe quantum dots

2.1.4 回流時(shí)間對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響 我們固定[TGA]/[Cd]=1.2，[Cd]＝2.0×10-4mol/L，使[Cd]/[Te]=4.0， pH=12.0，考察回流時(shí)間對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)的影響。由圖5A可知，隨時(shí)間的增加CdTe量子點(diǎn)的最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生明顯紅移。同時(shí)，隨著回流時(shí)間的增加，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，在3 h時(shí)熒光峰值達(dá)到最大，3 h后其熒光強(qiáng)度又隨回流時(shí)間的增加開(kāi)始減弱（圖5B）。

圖5 回流時(shí)間對(duì)熒光光譜(A)和熒光強(qiáng)度(B)的影響Fig 5 Effect of the reaction time on fluorescence spectra(A)and fluorescence intensity(B)

2.2 量子點(diǎn)的形貌及光學(xué)性質(zhì) 從圖6可以看出，CdTe量子點(diǎn)呈球形，納米粒子大小均勻，平均粒徑為4.0 nm左右。從圖7中可以看到羧基在3 401 cm-1處的強(qiáng)吸收峰以及羰基在1 563 cm-1與1 383 cm-1位置處的雙振動(dòng)吸收峰，這說(shuō)明TGA已成功的包覆在CdTe量子點(diǎn)表面。

圖6 量子點(diǎn)的透射電鏡圖（標(biāo)尺：10 nm）Fig 6 The TEM images of CdTe quantum dots（Scale bar：10 nm）

圖7 量子點(diǎn)的傅立葉變換紅外光譜圖Fig 7 FT-IR spectra of CdTe quantum dots

2.3 量子點(diǎn)對(duì)硫酸慶大霉素的熒光響應(yīng) 在pH=7.4的磷酸鹽緩沖體系中檢測(cè)，于室溫下放置40 min。不同濃度硫酸慶大霉素的加入對(duì)CdTe量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜的影響見(jiàn)圖8。由圖8A可知，隨著硫酸慶大霉素濃度的增加，量子點(diǎn)的熒光峰值顯著降低并發(fā)生明顯紅移。由圖8B可知，校正曲線（y=0.595 2x+2.972 6）的線性范圍為0.10～2.00 mg/L，R2=0.998 9。

圖8 不同濃度硫酸慶大霉素對(duì)CdTe量子點(diǎn)熒光光譜(A)和熒光強(qiáng)度比值(B)的影響Fig 8 Influence of the concentration of added gentamicin sulfate on the fluorescence spectra (A)and on the fluorescence intensity ratio(B)of CdTe quantum dots

2.4 硫酸慶大霉素的檢測(cè) 在熒光分光光度計(jì)上選擇激發(fā)波長(zhǎng)480 nm、發(fā)射波長(zhǎng)530～700 nm進(jìn)行熒光掃描，并測(cè)定最大發(fā)射波長(zhǎng)下的熒光強(qiáng)度，再將最大熒光強(qiáng)度代入校正曲線中計(jì)算硫酸慶大霉素標(biāo)準(zhǔn)品以及硫酸慶大霉素注射液濃度，結(jié)果列于表1。

表1 硫酸慶大霉素檢測(cè)結(jié)果Tab 1 Results for determination of gentamicin sulfate

3 討論

筆者首先對(duì)CdTe量子點(diǎn)的水相合成過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化CdTe量子點(diǎn)穩(wěn)定劑（巰基乙酸，TGA）、Cd及Te三者之間的比例、pH及回流時(shí)間等條件，制備了熒光性能優(yōu)良、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的CdTe量子點(diǎn)。由圖1、2可知，穩(wěn)定劑TGA過(guò)量會(huì)降低量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，過(guò)低又會(huì)影響量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度比值與硫酸慶大霉素濃度的線性關(guān)系，因此本實(shí)驗(yàn)最終選取的比例為[TGA]/[Cd]=1.2。由圖3可知，隨著[Cd]/ [Te]比例的增加，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)而量子點(diǎn)穩(wěn)定性變差，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是隨著反應(yīng)物[Te]的摩爾比例減少，部分[Cd]吸附在量子點(diǎn)表面，減少了量子點(diǎn)的表面缺陷，提高了量子點(diǎn)的發(fā)光效率，從而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，而且當(dāng)[Te]的摩爾比例減少到一定濃度時(shí)過(guò)量的[Cd]又會(huì)使量子點(diǎn)表面懸空鍵增加而導(dǎo)致量子點(diǎn)變得不穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)選擇熒光強(qiáng)度較高而又穩(wěn)定的量子點(diǎn)用于檢測(cè)，因此我們將Cd與Te的物質(zhì)的量比定為4∶1。由圖4可知，在pH=12.0時(shí)量子點(diǎn)峰值較高且放置一個(gè)星期未出現(xiàn)沉淀，穩(wěn)定性良好，因此本實(shí)驗(yàn)選取pH=12.0作為最終的的合成條件。由圖5A可知，隨時(shí)間的增加CdTe量子點(diǎn)的最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生明顯紅移，這是由于隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，CdTe量子點(diǎn)粒徑逐漸增大、表面缺陷減少，使得導(dǎo)帶與價(jià)帶間的能級(jí)差減小，從而使受激發(fā)電子躍遷回到基態(tài)所釋放的能量減少而產(chǎn)生的；由圖5B可知,回流時(shí)間在3 h時(shí)熒光峰值達(dá)到最大，因此我們最終選擇3 h作為合成CdTe量子點(diǎn)的回流時(shí)間。之后用紅外光譜儀、透射電鏡對(duì)其進(jìn)行表征，由圖6、7可知成功包裹TGA的量子點(diǎn)呈球形且粒徑大小均勻。由圖8A可知，硫酸慶大霉素能有效淬滅CdTe量子點(diǎn)熒光，熒光強(qiáng)度淬滅和硫酸慶大霉素的濃度之間的關(guān)系符合Stern-Volmer方程。在此基礎(chǔ)上，建立了一種靈敏、快速、簡(jiǎn)便檢測(cè)硫酸慶大霉素的新方法；由圖8B可知在最優(yōu)檢測(cè)條件下，CdTe量子點(diǎn)檢測(cè)硫酸慶大霉素濃度的線性范圍為0.10～2.00 mg/L，R2=0.998 9。采用高效液相色譜-蒸發(fā)檢測(cè)器測(cè)定實(shí)驗(yàn)表明，硫酸慶大霉素對(duì)照品在10～400 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好[23]，與常用的高效液相色譜法相比，該法檢測(cè)硫酸慶大霉素濃度具有快速、簡(jiǎn)便、靈敏的優(yōu)勢(shì)，為硫酸慶大霉素的濃度檢測(cè)提供了一種新方法。

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（2015-12-04收稿）

Aqueous synthesis of CdTe quantum dots with fluorescence spectrophotometry for gentamicin sulfate detection

ZHUANG Bu-jun1,HUANG Chen2,ZHANG Li2,WU Bo-yue2,GAO Wei-zhen1,2
（1.Department of Pharmacology,School of Basic Medical Sciences,Tianjin Medical University,Tianjin 300070,China;2.School of Medical Laboratory,Tianjin Medical University,Tianjin 300203,China）

Objective:To prepare a facile and cost efficient method for the determination of gentamicin sulfate.Methods:The thiogycolic acid capped CdTe quantum dots were synthesized in aqueous phase.Transmission electron microscopy,infrared spectroscopy and fluorescence spectroscopy were used to characterize the particle size and shape,the surface chemical group and the fluorescence property of the quantum dots.During the experiment,proportion of TGA,Cd,Te among CdTe quantum synthesis process were optimized,and the optical stability and the effect of pH on the fluorescence intensity of CdTe quantum dots were also evaluated.Results:The fluorescence emission peak at 607 nm and the TEM images displayed CdTe at about 4.0 nm were synthesized.The fluorescence quenching effect of gentamicin sulfate on CdTe quantum dots was researched,and a new method for the detection of gentamicin sulfate using CdTe quantum dots as fluorescent probes was established.In the optimal conditions,CdTe quantum dots were successfully applied to the detection of gentamicin sulfate in water,and a linear relationship was obtained to cover the concentration range of 0.10～2.00 mg/L,with a correlation coefficient of 0.998 9,which was best described by a Stern-Volmer equation.Conclusion:The proposed method can be used for the determination of gentamicin sulfate with satisfactory results.

quantum dots;aqueous synthesis;gentamicin sulfate;fluorescence detection

論著

1006－8147（2016）04-0347-05

R9

A

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(21205087)；天津醫(yī)科大學(xué)科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2011KY11）

莊布軍(1991-)，男，碩士在讀，研究方向：納米材料在藥物檢測(cè)方面的應(yīng)用；通信作者：高衛(wèi)真，E-mail：weizhengao33@163.com。