Fe-N共掺杂碳量子点作为高活性类过氧化物酶用于绿原酸比色检测

doi:10.7503/cjcu20250289

摘要/Abstract

摘要：

以L-组氨酸和七水合硫酸亚铁为前驱体，通过一步水热法合成了具有类过氧化物酶活性的铁、氮共掺杂碳量子点（Fe-N-CDs）. Fe的掺杂为CDs引入了丰富的活性位点，增强了CDs的电子转移能力与催化效率. Fe-N-CDs能有效催化过氧化氢(H₂O₂)分解产生羟基自由基（·OH），进而氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺（TMB）生成在652 nm处有特征吸收的蓝色产物（oxTMB）. 绿原酸（CGA）作为一种天然多酚类化合物，广泛存在于植物中，具有良好的抗氧化性能及抗抑郁作用. 本文利用CGA可还原oxTMB使其褪色的性质，建立了吸光度变化值与CGA含量间的定量关系，从而构建了一种用于检测CGA的比色传感平台. 实验结果表明，该方法具有良好的选择性、抗干扰能力与快速响应特性，可用于药物及食品中抗氧化成分的比色分析，为相关产品的质量评估与抗抑郁药物开发提供了新的分析手段.

关键词: 碳点, 纳米酶, 绿原酸, 比色检测

Abstract:

Fe-N-CDs nanopaticles were successfully prepared by one-step hydrothermal method using L-histidine and Fersulfate heptahydrate（FeSO₄·7H₂O） as precursors. The introduction of Fe atoms produced more active sites on the surface of carbon dots， promoted the electron transfer in the catalytic process， and thus improved the catalytic efficiency of the material. The Fe-N-CDs nanopaticles effectively catalyzed the decomposition of hydrogen peroxide （H₂O₂） to generate hydroxyl radicals（•OH）， which subsequently oxidized 3，3'，5，5'-tetramethylbenzidine（TMB） to form a blue oxidation product（oxTMB） with a characteristic absorption peak at 652 nm. Curcumin， a natural polyphenolic compound widely found in plants， exhibits excellent antioxidant properties and antidepressant effects. Leveraging the ability of curcumin to reduce oxTMB and cause its color to fade， a quantitative relationship between the change in absorbance and the curcumin content was established. This enabled the development of a colorimetric sensing method for the detection of curcumin. The experimental results demonstrated that this method possesses good selectivity， anti-interference capability and rapid response characteristics. It can be applied for the colorimetric analysis of antioxidant components in pharmaceuticals and food products， offering a new analytical approach for quality assessment of related products and the development of antidepressant drugs.

Key words: Carbon dots, Naoeezymes, Chlorogenic acid, Colorimetric detection

中图分类号:

O657

TrendMD:

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图/表 5

Fig.1 Schematic illustration of the hydrothermal synthesis for Fe and N co⁃doped carbon dots(Fe⁃N⁃CDs)(A), TEM image(B), HRTEM image(C) and size distribution histogram(D) of Fe⁃N⁃CDs, UV⁃Vis absorption spectra(E), FTIR spectra(F) and XRD patterns(G) of N⁃CDs and Fe⁃N⁃CDs

Fig.2 XPS survey spectrum(A) and high⁃resolution XPS spectra of C1s (B), N1s (C), O1s(D) and Fe2p (E) of Fe⁃N⁃CDs

Fig.3 UV⁃Vis absorption spectra of the systems Fe⁃N⁃CDs+TMB+H2O2, N⁃CDs+TMB+H2O2 and TMB+H2O2(pH=4.0)(A) and absorption corresponding photographs of the colorimetric solutions(inset), EPR spectra of Fe⁃N⁃CDs+H2O2, N⁃CDs+H2O2, DMPO and H2O2 with DMPO(B), time⁃dependent UV⁃Vis absorption peak absorbance of oxTMB in the Fe⁃N⁃CDs+ TMB+H2O2 system(C), time⁃dependent absorbance of different systems at 652 nm within 15 min(D) and tempertature(E) and pH value(F) dependence of the absorbance intensity at 652 nm of the colorimetric reaction catalyzed by Fe⁃N⁃CDs

Fig.4 Initial reaction rates of the Fe⁃N⁃CDs⁃catalyzed colorimetric system at varying TMB(A) or H2O2(C) concentrations(A) and corresponding Lineweaver⁃Burk plot for TMB(B) or H2O2(D) as the substrate(B)(A, B) c(H2O2)=100 mmol/L; (C, D) c(TMB)=10 mmol/L.

Fig.5 UV⁃Vis absorption spectra of the oxTMB chromogenic product in the presence of varying concentrations of CGA(A), linear calibration curve showing the relationship between the absorbance at 652 nm and CGA concentration(1—500 μmol/L)(B), specificity evaluation of the Fe⁃N⁃CDs⁃based detection system for CGA against potential interfering substances(C) and anti⁃interference assessment of the detection system for CGA in the presence of various coexisting substances(D)ΔA respresents the absorbance difference between the CGA⁃containing sample and the CGA⁃free control sample.

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