Nanosenseurs à double mode à base de points de carbone pour la détection rapide et sélective du peroxyde d'hydrogène

Résumé

Le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) est un produit important des réactions enzymatiques basées sur les oxydases, telles que la réaction glucose/glucose oxydase (GOD). Par conséquent, la détection du H₂O₂ généré pour réaliser la détection de divers glucides et de leurs oxydases est très significative. Nous rapportons ici un type de points de carbone (CDs) à double émission qui peuvent servir de nanosenseurs à double mode inédits avec une sortie à la fois fluorométrique et colorimétrique pour la détection sélective de H₂O₂. Les nanosenseurs à double mode sont établis uniquement par les CDs à double émission non décorés, où des changements fluorométriques et colorimétriques significatifs sont observés avec l'addition de différentes concentrations de H₂O₂ dans la solution de CDs, ce qui permet la détection à l'œil nu du H₂O₂. Le mécanisme des nanosenseurs peut être attribué au fait que les stimuli chimiques externes comme les radicaux hydroxyles provenant du H₂O₂ provoquent le changement des propriétés de surface et l'agrégation des CDs, qui dominent l'émission et l'absorption des CDs. Les nanosenseurs à double mode construits présentent une bonne biocompatibilité et une haute sélectivité envers le H₂O₂ avec une plage de détection linéaire s'étendant de 0,05 à 0,5 M et permettent la détection de H₂O₂ jusqu'à 14 mM.

Contexte

Les points de carbone (CDs) fluorescents ont suscité une attention de recherche extensive pour leurs propriétés physico-chimiques uniques comme la bonne biocompatibilité, la faible toxicité, la photoluminescence (PL) ajustable et le haut rendement quantique. En raison de ces caractères, les CDs ont trouvé des applications potentielles dans une variété de domaines incluant, mais sans s'y limiter, le bio-imagerie, les biosenseurs et les dispositifs électroluminescents [1,2,3,4,5,6,7,8,9]. De plus, en raison de leur capacité de conversion vers le haut et vers le bas, de l'absence de clignotement optique et de la haute photostabilité comparée aux colorants organiques ou aux points quantiques (PQ) semi-conducteurs, les CDs sont plus adaptés pour les applications dans les nanosenseurs fluorescents par augmentation ou extinction de fluorescence [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19].

Le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) est un type d'oxydant courant, toujours utilisé comme désinfectant médical pour sa capacité de stérilisation. En outre, H₂O₂ est aussi un produit important des réactions enzymatiques basées sur les oxydases, telles que la réaction glucose/glucose oxydase (GOD). Par conséquent, la stratégie de détection par le biais du dosage de H₂O₂ peut être employée comme approche prometteuse pour la détection des glucides et de leurs oxydases. Pour cette raison, la détection de H₂O₂ peut être utilisée pour surveiller les maladies liées au métabolisme des glucides, telles que le diabète. Actuellement, bien que divers capteurs de glucose basés sur la détermination de H₂O₂ aient été développés en utilisant une variété de méthodes analytiques, les systèmes de capteurs rapportés précédemment sont principalement basés sur un signal unique tel que changement conductométrique, fluorométrique ou colorimétrique [20,21,22]. Récemment, les avancées en nanotechnologie, en particulier dans les nanoparticules fluorescentes comme les PQ semi-conducteurs et les nanoparticules à base de carbone émergentes, ont apporté de nouveaux nanosenseurs de H₂O₂. Lu et al. ont développé un type de microhybrides à double émission (DEMBs) en combinant des PQ CdTe et de la rhodamine pour la détection fluorométrique ratiométrique du glucose par surveillance de la génération de H₂O₂ [20]. Zhang et al. ont rapporté un nanosenseur fluorescent qui montrait une réponse sélective et sensible au H₂O₂ par l'extinction de fluorescence des CDs [21, 22]. Cependant, ces travaux apportaient inévitablement les défauts intrinsèques des PQ à base de semi-conducteurs avec des constituants chimiques coûteux et une pollution par métaux lourds. De plus, les nanosenseurs basés sur une lecture de signal unique, soit extinction de fluorescence soit changement de couleur, peuvent avoir une stabilité d'essai médiocre due aux fluctuations des facteurs environnementaux et aux erreurs d'opération expérimentale. Compte tenu de ce qui précède, nous souhaitons développer une nouvelle classe de CDs fluorescents, dont la fluorescence et la couleur de solution sont très sensibles aux changements de concentrations de H₂O₂. Ainsi, un nanosenseur à double mode basé sur ces CDs peut être réalisé pour détecter distinctement et sensiblement le H₂O₂ en inspectant simultanément les changements fluorométriques et colorimétriques de la solution de CDs, ce qui est bénéfique à la réalisation de la détection à l'œil nu du H₂O₂.

Dans cette étude, nous avons développé une méthode facile et commode pour synthétiser un nouveau type de CDs, qui présente une couleur de solution rouge foncé sous lumière visible et une double émission fluorescente sous une lampe UV à 365 nm (émission de fluorescence bleue et verte). Les CDs sont simplement synthétisés par méthode solvothermale avec l'acide citrique, l'urée et le N,N-diméthylformamide (DMF) comme source de carbone, source d'azote et solvant de réaction respectivement. La fluorescence et la couleur de solution sont très sensibles aux changements de concentrations de H₂O₂. Ainsi, un nanosenseur à double mode basé sur ces CDs peut être réalisé pour détecter distinctement et sensiblement le H₂O₂ en inspectant simultanément les changements fluorométriques et colorimétriques de la solution de CDs, ce qui est bénéfique à la réalisation de la détection à l'œil nu du H₂O₂. Sans l'introduction d'aucun instrument coûteux, un nanosenseur à double mode basé sur ces CDs a été établi. Ce système de détection peut efficacement éviter les erreurs d'opération potentielles et améliorer nettement la fiabilité de la mesure. En outre, les nanosenseurs à base de CDs sont prometteurs dans l'application de la détection de glucose sanguin in vivo et in vitro en raison de leur bonne biocompatibilité et haute solubilité dans l'eau.

Méthodes

Synthèse des CDs

Les CDs ont été préparés par une méthode solvothermale avec l'acide citrique comme source de carbone, l'urée comme source d'azote et le DMF comme co-réactif. Dans une expérience typique, l'acide citrique (1 g) et l'urée (2 g) ont été dissous dans 10 mL de DMF. La solution a ensuite été transférée dans un autoclave de 25 mL revêtu de poly(tétrafluoroéthylène) et chauffée à 160 °C pendant 4 h. Après la réaction, l'autoclave a été refroidi naturellement à température ambiante. Une solution rouge foncé a été obtenue. Les CDs ont été précipités en ajoutant 5 mL de solution de réaction dans 25 mL d'éthanol abondant et centrifugés à 7500 tr/min pendant 30 min. Ensuite, le précipité a été dialysé pour obtenir des CDs purs. Les CDs ainsi préparés ont été collectés et séchés dans un four à vide à 60 °C et sous <1 Pa pendant 12 h. Ensuite, les CDs ont été redissous dans de l'eau déionisée pour former une solution de CDs à 0,75 mg mL⁻¹ pour des recherches ultérieures. Et les CDs traités ultérieurement par H_{2O2 ont été collectés et séchés avec la même méthode pour la caractérisation de la morphologie de surface et des propriétés structurales.}

Mesures

La morphologie de surface des CDs a été caractérisée par un microscope électronique à transmission à haute résolution (HRTEM, JEOL JSM-IT100). Les propriétés structurales des CDs ont été réalisées par un diffractomètre à rayons X (XRD, PA National X'Pert Pro) et un spectromètre micro-Raman (Renishaw RM 2000). Les spectres d'absorption des CDs ont été mesurés sur un spectrophotomètre UV-Vis-NIR Hitachi U-3900. Les spectres de fluorescence des CDs ont été mesurés par un spectrophotomètre (Hitachi F-7000). Le rendement quantique de fluorescence des CDs a été obtenu par le spectromètre Horiba FL-322 avec une sphère intégratrice étalonnée. Les courbes de désintégration de fluorescence des CDs ont également été mesurées par Horiba FL-322 en utilisant une NanoLED à 405 nm en surveillant l'émission à 450 et 500 nm respectivement. Le spectre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) des CDs a été enregistré sur un spectromètre Bio-Rad Excalibur (Bruker Vector 22). La spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) a été enregistrée sur un spectromètre photoélectronique ESCALAB MK II aux rayons X en utilisant le Mg comme source d'excitation.

Établissement des nanosenseurs à CDs

Pour la détection du H₂O₂, les spectres de fluorescence et d'absorption des CDs en présence de H₂O₂ ont été examinés dans un tampon PBS (pH = 7,4, à 25 °C). Dans une expérience typique, une quantité différente de H₂O₂ a été mélangée avec de l'eau distillée d'abord, puis 20 μL de solution de CDs à 0,75 mg mL⁻¹ a été injectée dans 4 mL de solution de H₂O₂ à différentes concentrations (0, 0,05, 0,1, 0,15, 0,25, 0,5, 1,0 et 2,0 M). Ensuite, des photographies, spectres de fluorescence et d'absorption ont été pris après l'ajout des CDs dans la solution de H₂O₂.

La sélectivité des nanosenseurs à base de CDs a également été évaluée. La solution de CDs (20 μL, 3,75 μg mL⁻¹) a été mélangée avec différents types de cations et d'oxydants (4 mL, 0,1 M) et la solution a été agitée pendant 1 min. Finalement, les spectres d'absorption UV-Vis et de fluorescence de la solution ont été enregistrés après l'ajout des CDs dans la solution de H₂O₂.

Résultats et discussion

Caractérisation des CDs

La morphologie des CDs préparés a été mesurée par microscope électronique à transmission (TEM). Comme montré en Fig. 1a, les CDs sont bien dispersés avec une gamme de taille uniforme de 2,5 à 6,5 nm et un diamètre moyen d'environ 5 nm (Fichier supplémentaire 1 : Figure S1b). De plus, l'image HRTEM (insert de la Fig. 1a) montre des franges de diffraction autour de 0,21 nm qui correspondent au plan (100) du graphite. Les diagrammes XRD des CDs montrés en Fig. 1b présentent un pic large vers 23,4°, qui correspond aux atomes de carbone hautement désordonnés avec une structure carbonée de type graphite. Les spectres Raman des CDs (Fig. 1c) révèlent deux bandes : bande D (vers 1347 cm⁻¹, due aux vibrations de carbone sp³-hybridisé avec imperfection et désordre) et bande G (vers 1577 cm⁻¹, associée aux modes de vibration E_2g de carbone sp²-hybridisé dans une structure cristalline hexagonale bidimensionnelle). Les spectres FTIR des CDs (Fig. 1d) présentent de larges bandes d'absorption de vibration O–H/N–H à 3100–3600 cm⁻¹, les vibrations d'étirement de C=O/C=C vers 1690–1610 cm⁻¹ et les vibrations d'étirement de N–O vers 1350–1390 cm⁻¹. Ces données indiquent qu'il peut y avoir des groupes fonctionnels sur la surface des CDs, et ces groupes fonctionnels peuvent jouer un rôle important dans l'hydrophilie et la stabilité élevées des CDs en solution aqueuse.

a Image TEM des CDs. Inserts montrent l'image HRTEM des CDs. b Diagramme XRD des CDs. c Spectroscopie Raman des CDs. d Spectroscopie FTIR des CDs. e Variation de fluorescence des CDs après ajout de 0,5 M H₂O₂. Inserts montrent des photographies des CDs avant (gauche) et après (droite) l'ajout de H₂O₂ sous lumière UV. f Variation colorimétrique des CDs après ajout de 0,5 M H₂O₂. Inserts montrent des photographies des CDs avant (gauche) et après (droite) l'ajout de H₂O₂ sous lumière du jour

Le comportement fluorescent des nanosenseurs à base de CDs envers H₂O₂ a été mesuré dans les solutions aqueuses de CDs montrées en Fig. 1e. Sous une excitation à longueur d'onde unique à 365 nm, les solutions de CDs illustrent des spectres d'émission asymétriques, qui peuvent être ajustés par des bandes fluorescentes à double émission centrées à 450 et 500 nm, correspondant respectivement aux bandes de fluorescence bleue et verte. Lorsque les solutions de CDs sont mélangées avec H₂O₂, l'intensité de la bande bleue démontre une diminution plus grande que celle de la bande verte. En conséquence, les émissions les plus fortes des CDs se déplacent de 450 à 500 nm d'après les résultats des matrices excitation-émission des CDs après l'addition de H₂O₂ (Fichier supplémentaire 1 : Figure S2). Par conséquent, la couleur de fluorescence des solutions de CDs change du bleu au vert sous illumination d'une lampe UV à 365 nm (insert de la Fig. 1e). De plus, les solutions de CDs subissent simultanément un changement colorimétrique du rouge foncé au vert après l'ajout de H₂O₂ (insert de la Fig. 1f). Ce changement de couleur peut être attribué à l'évolution d'intensité des bandes d'absorption vers 555 et 595 nm causée par l'addition de H₂O₂ dans la solution de CDs (Fig. 1f). Ensemble, ces résultats confirment que les CDs pourraient être utilisés comme nanosenseur à double mode pour la détection de H₂O₂.

Mécanisme de détection

Pour étudier le mécanisme de détection, la morphologie et les propriétés de fluorescence des CDs après ajout de H₂O₂ ont également été caractérisées. Comme illustré dans Fichier supplémentaire 1 : Figures S1a et S1c, l'addition de H₂O₂ dans la solution de CDs peut entraîner l'agrégation des CDs, dont les tailles varient de 30 à 60 nm. L'agrégation des CDs induite par H₂O₂ a également été révélée dans les spectres d'absorption normalisés (Fichier supplémentaire 1 : Figure S3) ; à savoir, la bande d'absorption des CDs se décalage vers le rouge de 555 à 595 nm dans la région visible [15]. Correspondamment, la couleur de la solution de CDs varie du rouge foncé au vert, avec l'état de dispersion des CDs passant à un état d'agrégation. Les spectres XRD (Fig. 1b et Fichier supplémentaire 1 : Figure S4) des CDs avant et après ajout de H₂O₂ changent peu, indiquant qu'il n'y a pas de changements dans la structure cristalline des CDs.

L'évolution de la fluorescence des CDs préparés avec l'addition de H₂O₂ a été étudiée par spectres de fluorescence. Les matrices excitation-émission montrent que l'addition de H₂O₂ fait changer les centres d'émission des CDs de 450 à 500 nm (Fichier supplémentaire 1 : Figure S2). Les courbes de désintégration de fluorescence montrées en Fig. 2a pour les CDs avec émission à 450 et 500 nm peuvent être bien ajustées par une fonction de désintégration mono-exponentielle avec une durée de vie moyenne de 7,96 et 7,12 ns respectivement (sous excitation de 365 nm). En revanche, la durée de vie de désintégration de fluorescence des CDs après le traitement H₂O₂ est devenue 4,53 et 4,83 ns (Fig. 2b et Tableau 1). Pendant ce temps, le rendement quantique PL (η _int) des CDs a changé de 5,5 à 4,6 % lorsque H₂O₂ a été ajouté dans la solution de CDs. En considérant le changement de durée de vie de fluorescence et de rendement quantique PL, on peut conclure qu'un transfert de charge (CT) peut se produire entre CDs et H₂O₂, ce qui pourrait être un déclencheur pour faire changer les spectres PL des CDs.

a, b Désintégration de fluorescence des CDs avant (a) et après (b) ajout de 0,5 M H₂O₂. c, d XPS (N1s) des CDs avant (c) et après (d) ajout de 0,5 M H₂O₂

Les spectres FTIR et XPS des CDs ont été mesurés pour donner un aperçu de la composition chimique et des changements environnementaux causés par H₂O₂. Les spectres FTIR des CDs avant et après ajout de H₂O₂ montrés dans Fichier supplémentaire 1 : Figure S7 illustrent que les vibrations d'étirement de N–O vers 1350–1390 cm⁻¹ augmentent avec l'addition de H₂O₂, ce qui est aussi confirmé par le résultat des spectres XPS. On observe dans les spectres XPS d'enquête complète (Fichier supplémentaire 1 : Figure S8) que le rapport O/N des CDs avant et après le traitement H₂O₂ était de 1,57 et 3,85 respectivement. L'augmentation du rapport O/N révèle que les états de liaison de N dans les CDs peuvent changer avec l'addition de H₂O₂, ce qui est en accord avec les spectres XPS N1s à haute résolution montrés en Fig. 2c, d. D'après le résultat des spectres XPS N1s, la teneur en N graphitique dans les CDs a augmenté avec l'addition de H₂O₂. De plus, il y a un pic additionnel d'état N–O à 407,3 eV dans les spectres N1s après l'addition de H₂O₂, ce qui démontre évidemment que l'importation de H₂O₂ provoque la variation des états de surface dans les CDs. Tous les relevés manifestent que le cadre N de surface pourrait être changé par l'addition de H₂O₂.

Les rapports précédents suggèrent que les bandes d'émission des CDs sont liées aux états de surface tels que les radicaux N-dopés et les groupes urée [5, 9, 12, 23,24,25]. Pendant ce temps, ces états de surface sont sensibles aux stimuli physiques ou chimiques externes. Sur la base de l'analyse photophysique et de l'environnement de surface, nous proposons le mécanisme de l'évolution de la fluorescence avec l'introduction de H₂O₂ (Fig. 3). L'état de bord des CDs préparés est constitué de groupes N pyrroliques conjugués. Ce type d'état N peut être principalement localisé à un niveau d'énergie élevé. Ainsi, l'électron excité peut se relaxer de façon non radiative vers l'état de surface N de haut niveau et ensuite se transférer radiativement vers l'état fondamental accompagné de bandes d'émission de fluorescence vers 450 nm. En revanche, l'intensité de fluorescence de la solution de CDs diminue légèrement à cause de l'extinction dynamique entre H₂O₂ et les CDs, où le CT se produit entre CDs et H₂O₂ de manière similaire aux rapports précédents [26,27,28,29]. Sinon, on pourrait déduire que les radicaux de fluorescence à haute énergie (état N associé) sont transformés en état N–O à plus basse énergie sous l'impact du radical hydroxyle provenant de H₂O₂. Ainsi, l'électron excité peut principalement se relaxer avec une transition radiative de l'état N–O à plus basse énergie vers l'état fondamental avec une bande d'émission verte à 500 nm, ce qui résulte aussi en l'extinction statique de la fluorescence à 450 nm. Par conséquent, les bandes d'émission majeures des CDs pourraient présenter un changement de l'émission bleue à l'émission verte.

Mécanisme de détection possible pour les CDs avant (gauche) et après (droite) ajout de H₂O₂

Évaluation des nanosenseurs à CDs

Sur la base du comportement fluorescent et colorimétrique des CDs ci-dessus, nous avons développé un nanosenseur pour détecter H₂O₂ par les CDs. Le système de nanosenseur proposé consiste en des CDs à concentration appropriée en solution aqueuse (3,75 μg mL⁻¹, Fichier supplémentaire 1 : Figure S9), où les CDs servent à double fonction comme rapporteurs à la fois colorimétriques et fluorométriques dans ce système.

Le système de nanosenseur proposé basé sur la solution de CDs est illustré en Fig. 4. Les changements fluorométriques et colorimétriques causés par H₂O₂ peuvent être distinctement visualisés à l'œil nu (Fig. 4c, f), où une série de changements de couleur notables du bleu au vert et du rouge foncé au vert peuvent être observés sous illumination UV et lumière du jour. De plus, l'addition de H₂O₂ dans la solution de CDs peut aussi être exprimée quantitativement avec les spectres de fluorescence et d'absorption (Fig. 4a, d). Comme montré en Fig. 4a, la bande de fluorescence centrée à 450 et 500 nm diminue graduellement avec l'augmentation de la concentration de H₂O₂ de 0 à 2 M. Cependant, l'augmentation de la concentration de H₂O₂ entraîne une diminution différente de l'intensité de fluorescence à 450 nm (I ₄₅₀) et 500 nm (I ₅₀₀), ce qui correspond bien au changement de couleur de fluorescence dans la solution de CDs (Fig. 4c). Par conséquent, le rapport de l'intensité de fluorescence à 500 nm sur celle à 450 nm est sélectionné pour surveiller la concentration de H₂O₂ (Fig. 4a, b). Le rapport plus bas est lié à l'émission bleue, tandis que la fluorescence verte peut être observée à l'œil nu à un rapport plus élevé de I ₅₀₀ à I ₄₅₀. La plage de détection linéaire par ces moyens s'étend de 0,05 à 0,5 M avec une corrélation linéaire R ² = 0,987. De même, le changement colorimétrique se produit dans la solution de CDs en raison de la diminution inhomogène de la bande d'absorption à 555 et 595 nm. Comme affiché en Fig. 4d, l'intensité d'absorption diminue dans la région visible, mais l'augmentation de la concentration de H₂O₂ résulte en ce que l'absorption vers 595 nm diminue plus lentement qu'autour de 555 nm. Donc, le rapport de l'absorption à 595 nm (A ₅₉₅) sur celle à 555 nm (A ₅₅₅) pourrait aussi être utilisé pour mesurer la concentration de H₂O₂. Le rapport de A ₅₉₅ à A ₅₅₅ augmente exponentiellement de 0,05 à 2 M avec une corrélation exponentielle R ² = 0,999, et le changement colorimétrique se corrèle bien à la plage de concentration de H₂O₂ de 0,05 à 0,25 M avec une limite de détection linéaire (LOD) de 14 mM (Fichier supplémentaire 1 : Figure S11 et Tableau S1). Les nanosenseurs à double mode ont une sensibilité appropriée de cette méthode satisfaisant les exigences cliniques et médicinales en raison de la concentration de H₂O₂ par la réaction GOD variant autour du millimolaire (~10 mM) dans le plasma [20]. En outre, les nanosenseurs à double mode ont une référence d'étalonnage intégrée intrinsèque, donc les fluctuations d'intensité et autres facteurs causés externement peuvent être éliminés, ce qui contribue à la promotion de la précision du test.

a Spectres de fluorescence des CDs en présence de différentes concentrations de H₂O₂. b Courbe d'étalonnage de I ₅₀₀/I ₄₅₀ des CDs vs. concentration de H₂O₂. Inserts montrent la plage de détection linéaire de I ₅₀₀/I ₄₅₀ des CDs vs. concentration de H₂O₂. c Images photographiques de la solution de CDs fluorescente sous différentes concentrations de H₂O₂. d Spectres UV-Vis des CDs en présence de différentes concentrations de H₂O₂. e Courbe d'étalonnage de A ₅₉₅/A ₅₅₅ des CDs vs. concentration de H₂O₂. f Images photographiques de la solution de CDs sous différentes concentrations de H₂O₂

Pour évaluer la sélectivité des nanosenseurs envers H₂O₂, des essais d'interférence ont été effectués dans des conditions identiques en utilisant certains cations courants, tels que Na⁺, K⁺, NH⁴⁺, Ca²⁺, Zn²⁺ et Fe²⁺. Comme montré en Fig. 5a, b, les changements fluorométriques et colorimétriques des CDs ont été relevés en présence de différents cations. En présence de Na⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ca²⁺, Zn²⁺ et Fe²⁺, le rapport de fluorescence de I ₅₀₀ à I ₄₅₀ et le rapport d'absorption de A ₅₉₅ à A ₅₅₅ apparaissent seulement comme une légère variation par rapport à l'échantillon blanc, ce qui signifie que ces cations ont peu d'interférence sur la détection de H₂O₂. De plus, nous avons également comparé l'impact sur les CDs avec d'autres oxydants, tels que HNO₃, KClO₃, FeCl₃, NaClO, K₂Cr₂O₇ et KMnO₄ (Fig. 5c, d et Fichier supplémentaire 1 : Figures S12 et S13), et nous avons trouvé que la couleur de fluorescence change du bleu au vert avec l'addition de ces oxydants sauf K₂Cr₂O₇ et KMnO₄. Donc, nous pouvons exclure l'interférence de K₂Cr₂O₇ et KMnO₄ par le changement de fluorescence. En outre, nous pouvons facilement exclure l'impact d'autres oxydants comme HNO₃, KClO₃, FeCl₃ et NaClO du résultat du rapport d'absorption de A ₅₉₅ à A ₅₅₅. Ainsi, les nanosenseurs à double mode démontrés dans cet article peuvent être très prometteurs dans la haute sélectivité de la détermination due à l'effet synergique des deux méthodes de détection indépendantes [30,31,32,33]. De plus, nous avons mesuré le temps de réponse du changement fluorométrique lors de l'addition de H₂O₂ et avons trouvé que la fluorescence diminue après l'injection de H₂O₂ et se stabilise à environ 3,3 s (Fichier supplémentaire 1 : Figure S14).

a, c Rapport de fluorescence I ₅₀₀/I ₄₅₀ de solution contenant CDs et divers cations interférents (a) et oxydants (c). b, d Rapport d'absorption A ₅₉₅/A ₅₅₅ de solution contenant CDs et divers cations interférents (b) et oxydants (d)

La viabilité des cellules A549 a été examinée en utilisant l'essai standard CCK-8 pour évaluer la cytotoxicité des CDs. Comme montré en Fig. 6, nous trouvons qu'une viabilité proche de 80 % est obtenue en incubant les cellules A549 avec des CDs pendant 48 h même à haute concentration de CDs comme 500 μg mL⁻¹. Il est calculé que la concentration inhibitrice à 50 % (IC50) des CDs est d'environ 1106 μg mL⁻¹ par GraphPad Prism 5.0, ce qui déduit que les CDs ont une bonne biocompatibilité et une cytotoxicité très faible à haute concentration. De plus, nous avons comparé la performance analytique des nanosenseurs rapportés précédemment pour la détermination de H₂O₂ montrés dans Fichier supplémentaire 1 : Tableau S2. La biocompatibilité, la simplicité et la visualisation de la détection sont comparables ou même meilleures que la plupart de ces essais de H₂O₂ rapportés. Considérant que les nanosenseurs à double mode à base de CDs ont une bonne sélectivité envers la détection de H₂O₂, la limite de détection appropriée (LOD = 14 mM) au même ordre que le glucose sanguin, et une cytotoxicité très faible à haute concentration de CDs, les nanosenseurs sont prometteurs pour être utilisés dans le test de glucose sanguin et d'autres exigences cliniques.

Viabilité des cellules A549 après incubation de 48 h à différentes concentrations de CDs

Conclusions

En conclusion, nous proposons un nanosenseur à double mode basé sur des CDs avec une sortie à la fois colorimétrique et fluorométrique pour la détection quantitative de H₂O₂ basée sur les changements fluorométriques et colorimétriques de la solution de CDs lors de l'introduction de H₂O₂. Les nanosenseurs sont simples et faciles à réaliser pour la détection à l'œil nu de H₂O₂. Le mécanisme des nanosenseurs peut être attribué au fait que les stimuli chimiques externes comme les radicaux hydroxyles de H₂O₂ provoquent le changement des propriétés de surface et l'agrégation des CDs, qui dominent l'émission et l'absorption des CDs. Les nanosenseurs proposés présentent une bonne biocompatibilité, une haute sélectivité envers H₂O₂ avec une plage de détection linéaire s'étendant de 0,05 à 0,5 M, et une limite de détection d'environ 14 mM, qui est comparable au niveau de H₂O₂ produit par les réactions GOD. On pense que la stratégie rapportée dans cet article peut fournir une approche prometteuse pour développer un nouveau capteur pour le glucose sanguin, ce qui pourrait être précieux dans le diagnostic de maladies et les tests environnementaux.