A Ratiometric Luminescent Sensor Based on Photoinduced Electron Transfer for Quantitative Detection of Dopamine in Biological Samples

doi:10.7503/cjcu20230391

Abstract

Abstract:

The persistent luminescence particle material is a type of photoluminescent material that gradually emits stored energy in the form of light once excitation ceases. Owing to its exceptional optical properties， it finds extensive applications in biosensing and bioimaging. In this work， a ratiometric luminescent sensor（SEM-TYR） was developed by covalent coupling of dual-emission long-afterglow nanoparticles Sr_2.992Mg_0.9Si₂O₈∶0.008Eu²⁺， 0.10Mn²⁺（SEM） with exceptional luminescence performance and tyrosinase（TYR）. This innovative design effectively eliminates spontaneous fluorescence interference and external disturbances， enabling highly sensitive and selective detection of dopamine（DA） in biological samples. When DA is present， tyrosinase facilitates its oxidation to dopaquinone， and in accordance with the principle of photoinduced electron transfer（PET）， the photoactivated electron moiety of SEM-TYR is transferred to the electron acceptor dopaquinone， resulting in the attenuation of the 680 nm red afterglow observed in SEM-TYR. Under optimized conditions， the ratio Δ（I₆₈₀/I₄₆₀） showed a good linear relationship with the dopamine concentration in the range of 0.2—10 μmol/L and the limit of detection limit was 40 nmol/L. The developed method was applied for the detection of dopamine in human serum， urine and sweat after being verified by standard dopamine. Good agreement was achieved and the quantitative recovery was in the range of 94.8%—104.0%， 91.3%—101.6% and 97.4%—105.2%， respectively. The RSD was less than 6.8%（n=10）. The ratiometric luminescent sensor developed in this study has a potential application prospect in the determination of DA in biological samples.

Key words: Ratiometric luminescent sensor, Dopamine, Persistent luminescence nanoparticle, Photoinduced electron transfer, Autofluorescence-free

CLC Number:

O657

TrendMD:

ZHU Runzhi, WANG Yi, NA Jiaxue, CAO Lele, ZHANG Hui, WANG Yinghui, MENG Zhe. A Ratiometric Luminescent Sensor Based on Photoinduced Electron Transfer for Quantitative Detection of Dopamine in Biological Samples[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(1): 20230391.

Figures/Tables 11

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Material	Method	Linear range/（μmol·L^-1）	LOD/（μmol·L^-1）	Ref.
CQDs	Fluorescent sensor	0.65—52	0.20	［32］
CDs	Fluorescent sensor	0.1—6.0	0.06	［33］
BCQDs	Fluorescent sensor	0.28—1.5	6	［34］
Bi₂Fe₄O₉ NPs	Colorimetric	0.15—50	0.051	［35］
rGO/PPy	Electrochemical sensor	200—1200	0.061	［36］
Sr_2.992Mg_0.9Si₂O₈∶0.008Eu²⁺， 0.10Mn²⁺	Phosphorescent sensor	0.2—10	0.04	This work

Material	Method	Linear range/（μmol·L^-1）	LOD/（μmol·L^-1）	Ref.
CQDs	Fluorescent sensor	0.65—52	0.20	［32］
CDs	Fluorescent sensor	0.1—6.0	0.06	［33］
BCQDs	Fluorescent sensor	0.28—1.5	6	［34］
Bi₂Fe₄O₉ NPs	Colorimetric	0.15—50	0.051	［35］
rGO/PPy	Electrochemical sensor	200—1200	0.061	［36］
Sr_2.992Mg_0.9Si₂O₈∶0.008Eu²⁺， 0.10Mn²⁺	Phosphorescent sensor	0.2—10	0.04	This work

Analyte	Spiked/（μmol·L^-1）	Recovery±SD（%）（n=10）
Serum	1	94.8 ± 5.4
	10	102.3 ± 3.1
	20	104.0 ± 3.8
Urine	1	91.3 ± 4.2
	10	98.7 ± 3.7
	20	101.6 ± 6.3
Sweat	1	97.4 ± 3.0
	10	101.5 ± 5.3
	20	105.2 ± 6.7

Analyte	Spiked/（μmol·L^-1）	Recovery±SD（%）（n=10）
Serum	1	94.8 ± 5.4
	10	102.3 ± 3.1
	20	104.0 ± 3.8
Urine	1	91.3 ± 4.2
	10	98.7 ± 3.7
	20	101.6 ± 6.3
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	10	101.5 ± 5.3
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