Sensores de modo dual de nanodots de carbono para detección rápida y selectiva de peróxido de hidrógeno

Resumen

El peróxido de hidrógeno (H₂O₂) es un producto importante de reacciones enzimáticas basadas en oxidasas, como la reacción glucosa/glucosa oxidasa (GOD). Por lo tanto, la detección del H₂O₂ generado para lograr la detección de diversos carbohidratos y sus oxidasas es muy significativa. Aquí informamos un tipo de nanodots de carbono (CDs) de doble emisión que pueden servir como nanosensores de modo dual novedosos con salidas tanto fluorométricas como colorimétricas para la detección selectiva de H₂O₂. Los nanosensores de modo dual se establecen solo por los CDs de doble emisión sin decorar, donde se observan cambios fluorométricos y colorimétricos significativos con la adición de diferentes concentraciones de H₂O₂ en la solución de CDs, lo que beneficia la detección a simple vista de H₂O₂. El mecanismo de los nanosensores puede atribuirse al hecho de que estímulos químicos externos como radicales hidroxilo del H₂O₂ provocan el cambio de propiedades superficiales y la agregación de CDs, que dominan la emisión y absorción de CDs. Los nanosensores de modo dual construidos exhiben buena biocompatibilidad y alta selectividad hacia H₂O₂ con un rango de detección lineal que abarca de 0.05 a 0.5 M y permiten la detección de H₂O₂ tan bajo como 14 mM.

Antecedentes

Los nanodots de carbono fluorescentes (CDs) han despertado una amplia atención de investigación por sus propiedades físico-químicas únicas como buena biocompatibilidad, baja toxicidad, fotoluminiscencia (PL) ajustable y alto rendimiento cuántico. Debido a los caracteres anteriores, los CDs han encontrado aplicaciones potenciales en una variedad de campos incluyendo, pero no limitado a, bioimagen, biosensores y dispositivos emisores de luz [1,2,3,4,5,6,7,8,9]. Además, debido a su capacidad de conversión ascendente y descendente, falta de parpadeo óptico y alta fotostabilidad en comparación con colorantes orgánicos o puntos cuánticos semiconductores (QDs), los CDs son más adecuados para aplicaciones en nanosensores fluorescentes por aumento o amortiguamiento de fluorescencia [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19].

El peróxido de hidrógeno (H₂O₂) es un tipo de oxidante común, que siempre se usa como desinfectante médico por su capacidad de esterilización. Además, H₂O₂ también es un producto importante de reacciones enzimáticas basadas en oxidasas, como la reacción glucosa/glucosa oxidasa (GOD). Por lo tanto, la estrategia de detección a través del sondeo de H₂O₂ puede emplearse como un enfoque prometedor para la detección de carbohidratos y sus oxidasas. Por esta razón, la detección de H₂O₂ puede usarse para monitorear enfermedades sobre metabolismo de carbohidratos, como la diabetes. Actualmente, aunque se han desarrollado varios sensores de glucosa basados en la determinación de H₂O₂ usando una variedad de métodos analíticos, los sistemas de sensores reportados previamente se basan principalmente en una sola señal como cambio conductométrico, fluorométrico o colorimétrico [20,21,22]. Recientemente, avances en nanotecnología, especialmente en nanopartículas fluorescentes como QDs semiconductores y nanopartículas basadas en carbono emergentes han traído nuevos nanosensores de H₂O₂. Lu et al. desarrollaron un tipo de microhíbridos de doble emisión (DEMBs) combinando QDs CdTe y rodamina para detección fluorométrica ratiométrica de glucosa mediante el monitoreo de la generación de H₂O₂ [20]. Zhang et al. reportaron un nanosensor fluorescente que mostró respuesta selectiva y sensible a H₂O₂ a través del amortiguamiento de fluorescencia de CDs [21, 22]. Sin embargo, estos trabajos inevitablemente trajeron los defectos intrínsecos de QDs basados en semiconductores con constituyentes químicos costosos y contaminación por metales pesados. Además, los nanosensores basados en lectura de señal única, ya sea amortiguamiento de fluorescencia o cambio de color, pueden tener poca estabilidad de ensayo debido a fluctuaciones de factores ambientales y errores de operación experimental. En consideración de lo anterior, deseamos desarrollar una nueva clase de CDs fluorescentes, cuya fluorescencia y color de solución son muy sensibles a los cambios en las concentraciones de H₂O₂. Así, un nanosensor de modo dual basado en estos CDs puede lograrse para detectar distintiva y sensiblemente H₂O₂ inspeccionando simultáneamente los cambios fluorométricos y colorimétricos de la solución de CDs, lo que es beneficioso para la realización de detección a simple vista de H₂O₂.

En este estudio, hemos desarrollado un método fácil y conveniente para sintetizar un tipo novedoso de CDs, que exhibe un color de solución rojo oscuro bajo luz visible y doble emisión fluorescente bajo lámpara UV de 365 nm (emisión fluorescente azul y verde). Los CDs se sintetizan simplemente mediante método solvotérmico con ácido cítrico, urea y N,N-dimetilformamida (DMF) como fuente de carbono, fuente de nitrógeno y disolvente de reacción, respectivamente. La fluorescencia y el color de solución son muy sensibles a los cambios en las concentraciones de H₂O₂. Así, un nanosensor de modo dual basado en estos CDs puede lograrse para detectar distintiva y sensiblemente H₂O₂ inspeccionando simultáneamente los cambios fluorométricos y colorimétricos de la solución de CDs, lo que es beneficioso para la realización de detección a simple vista de H₂O₂. Sin la introducción de ningún instrumento costoso, se ha establecido un nanosensor de modo dual basado en estos CDs. Este sistema de detección puede evitar eficazmente errores potenciales de operación y mejorar marcadamente la confiabilidad de la medición. Además, los nanosensores basados en CDs son prometedores en la aplicación de detección de glucosa en sangre tanto in vivo como in vitro debido a su buena biocompatibilidad y alta solubilidad en agua.

Métodos

Síntesis de CDs

Los CDs se prepararon usando un método solvotérmico con ácido cítrico como fuente de carbono, urea como fuente de nitrógeno y DMF como co-reactante. En un experimento típico, ácido cítrico (1 g) y urea (2 g) se disolvieron en 10 mL DMF. La solución se transfirió luego a un autoclave de 25 mL revestido con politetrafluoroetileno y se calentó a 160 °C durante 4 h. Después de la reacción, el autoclave se enfrió naturalmente a temperatura ambiente. Se obtuvo una solución rojo oscuro. Los CDs se precipitaron añadiendo 5 mL de solución de reacción en 25 mL de etanol abundante y centrifugando a 7500 rpm durante 30 min. Luego, el precipitado se dializó para obtener CDs puros. Los CDs preparados se recogieron y secaron en horno de vacío a 60 °C y <1 Pa durante 12 h. Luego, los CDs se redisolvieron en agua desionizada para formar solución de CDs de 0.75 mg mL⁻¹ para investigación posterior. Y los CDs tratados subsiguientemente con H₂O₂ se recogieron y secaron con el mismo método para la caracterización de morfología superficial y propiedades estructurales.

Mediciones

La morfología superficial de los CDs se caracterizó mediante microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM, JEOL JSM-IT100). Las propiedades estructurales de los CDs se realizaron mediante difractómetro de rayos X (XRD, PA National X’Pert Pro) y espectrómetro micro-Raman (Renishaw RM 2000). Los espectros de absorción de los CDs se midieron en un espectrofotómetro UV-Vis-NIR Hitachi U-3900. Los espectros de fluorescencia de los CDs se midieron mediante un espectrofotómetro (Hitachi F-7000). El rendimiento cuántico de fluorescencia de los CDs se obtuvo mediante el espectrómetro Horiba FL-322 con una esfera integradora calibrada. Las curvas de decaimiento de fluorescencia de los CDs también se midieron por Horiba FL-322 usando un NanoLED de 405 nm monitoreando la emisión a 450 y 500 nm, respectivamente. El espectro de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) de los CDs se registró en un espectrómetro Bio-Rad Excalibur (Bruker Vector 22). La espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) se registró en un espectrómetro fotoelectrónico de rayos X ESCALAB MK II usando Mg como fuente de excitación.

Establecimiento de los nanosensores de CDs

Para la detección de H₂O₂, se examinaron los espectros de fluorescencia y absorción de los CDs en presencia de H₂O₂ en tampón PBS (pH = 7.4, a 25 °C). En un experimento típico, una cantidad diferente de H₂O₂ se mezcló con agua destilada primero y luego se inyectaron 20 μL de solución de CDs 0.75 mg mL⁻¹ en 4 mL de solución de H₂O₂ con diferentes concentraciones (0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.25, 0.5, 1.0 y 2.0 M). Luego, se tomaron fotografías, espectros de fluorescencia y absorción después de que los CDs se añadieron a la solución de H₂O₂.

La selectividad de los nanosensores basados en CDs también se evaluó. La solución de CDs (20 μL, 3.75 μg mL⁻¹) se mezcló con diferentes tipos de cationes y oxidantes (4 mL, 0.1 M) y luego la solución se agitó durante 1 min. Al final, se registraron los espectros de absorción UV-Vis y fluorescencia de la solución después de que los CDs se añadieron a la solución de H₂O₂.

Resultados y discusión

Caracterización de los CDs

La morfología de los CDs preparados se midió mediante microscopio electrónico de transmisión (TEM). Como se muestra en la Fig. 1a, los CDs están bien dispersos con un rango de tamaño uniforme de 2.5–6.5 nm y un diámetro promedio de alrededor de 5 nm (Archivo adicional 1: Figura S1b). Además, la imagen HRTEM (recorte de la Fig. 1a) muestra franjas de difracción alrededor de 0.21 nm que concuerda con el (100) de grafito. Los patrones XRD de los CDs mostrados en la Fig. 1b exhiben un pico ancho alrededor de 23.4°, que corresponde a átomos de carbono altamente desordenados con una estructura de carbono tipo grafito. Los espectros Raman de los CDs (Fig. 1c) revelan dos bandas: banda D (alrededor de 1347 cm⁻¹, debida a vibraciones de carbono sp³-hibridizado con imperfección y desorden) y banda G (alrededor de 1577 cm⁻¹, asociada con los modos de vibración E_2g de carbono sp²-hibridizado en estructura cristalina hexagonal bidimensional). Los espectros FTIR de los CDs (Fig. 1d) presentan bandas anchas de absorción por vibración de O–H/N–H a 3100–3600 cm⁻¹, vibraciones de estiramiento de C=O/C=C alrededor de 1690–1610 cm⁻¹ y vibraciones de estiramiento de N–O alrededor de 1350–1390 cm⁻¹. Los datos anteriores indican que puede haber algunos grupos funcionales en la superficie de los CDs, y estos grupos funcionales pueden desempeñar un papel importante en la alta hidrofilicidad y estabilidad de los CDs en solución acuosa.

a Imagen TEM de los CDs. Recortes muestran la imagen HRTEM de los CDs. b Patrón XRD de los CDs. c Espectroscopía Raman de los CDs. d Espectroscopía FTIR de los CDs. e Variación de fluorescencia de CDs después de añadir 0.5 M H₂O₂. Recortes muestran fotografías de CDs antes (izquierda) y después (derecha) de añadir H₂O₂ bajo luz UV. f Variación colorimétrica de CDs después de añadir 0.5 M H₂O₂. Recortes muestran fotografías de CDs antes (izquierda) y después (derecha) de añadir H₂O₂ bajo luz diurna

El comportamiento fluorescente de los nanosensores basados en CDs hacia H₂O₂ se midió en soluciones acuosas de CDs mostradas en la Fig. 1e. Bajo una única excitación de longitud de onda a 365 nm, las soluciones de CDs ilustran espectros de emisión asimétricos, que podrían ajustarse por bandas fluorescentes de doble emisión centradas a 450 y 500 nm, correspondientes a bandas fluorescentes azul y verde, respectivamente. Cuando las soluciones de CDs se mezclan con H₂O₂, la intensidad de la banda azul demuestra una disminución mayor que la de la verde. En consecuencia, las emisiones más fuertes de los CDs se desplazan de 450 a 500 nm a partir de los resultados de matrices de excitación-emisión de los CDs después de la adición de H₂O₂ (Archivo adicional 1: Figura S2). Como resultado, el color de fluorescencia de las soluciones de CDs cambia de azul a verde bajo iluminación de lámpara UV de 365 nm (recorte de la Fig. 1e). Además, las soluciones de CDs experimentan simultáneamente un cambio colorimétrico de rojo oscuro a verde después de añadir H₂O₂ (recorte de la Fig. 1f). Este cambio de color puede atribuirse a la evolución de intensidad de las bandas de absorción alrededor de 555 y 595 nm causada por la adición de H₂O₂ en la solución de CDs (Fig. 1f). En conjunto, estos resultados confirman que los CDs podrían usarse como nanosensor de modo dual para la detección de H₂O₂.

Mecanismo de detección

Para investigar el mecanismo de detección, la morfología y propiedades de fluorescencia de los CDs después de añadir H₂O₂ también se caracterizaron. Como se ilustra en Archivo adicional 1: Figuras S1a y S1c, la adición de H₂O₂ en la solución de CDs puede llevar a la agregación de CDs, cuyos tamaños varían de 30 a 60 nm. La agregación de CDs inducida por H₂O₂ también se reveló en los espectros de absorción normalizados (Archivo adicional 1: Figura S3); a saber, la banda de absorción de los CDs se desplaza al rojo de 555 a 595 nm en la región visible [15]. Correspondientemente, el color de la solución de CDs varía de rojo oscuro a verde, junto con el estado de dispersión de CDs convirtiéndose en estado de agregación. Los espectros XRD (Fig. 1b y Archivo adicional 1: Figura S4) de los CDs antes y después de añadir H₂O₂ cambian poco, indicando que no hay cambios en la estructura cristalina de los CDs.

La evolución de fluorescencia de los CDs preparados con la adición de H₂O₂ se investigó mediante espectros de fluorescencia. Las matrices de excitación-emisión muestran que la adición de H₂O₂ hace que los centros de emisión de los CDs cambien de 450 a 500 nm (Archivo adicional 1: Figura S2). Las curvas de decaimiento de fluorescencia mostradas en la Fig. 2a para los CDs con emisión a 450 y 500 nm pueden ajustarse bien por una función de decaimiento monoexponencial con una vida media de 7.96 y 7.12 ns, respectivamente (bajo excitación de 365 nm). En contraste, la vida de decaimiento de fluorescencia de los CDs después del tratamiento con H₂O₂ se convirtió en 4.53 y 4.83 ns (Fig. 2b y Tabla 1). Mientras tanto, el rendimiento cuántico de PL (η _int) de CDs cambió de 5.5 a 4.6% cuando se añadió H₂O₂ en la solución de CDs. Considerando el cambio de vida de fluorescencia y rendimiento cuántico de PL, se puede concluir que la transferencia de carga (CT) puede ocurrir entre CDs y H₂O₂, lo que podría ser un disparador para hacer el cambio de espectros de PL de los CDs.

a, b Decaimiento de fluorescencia de CDs antes (a) y después (b) de añadir 0.5 M H₂O₂. c, d XPS (N1s) de CDs antes (c) y después (d) de añadir 0.5 M H₂O₂

Los espectros FTIR y XPS de los CDs se midieron para dar una idea de la composición química y cambios ambientales causados por H₂O₂. Los espectros FTIR de CDs antes y después de añadir H₂O₂ mostrados en Archivo adicional 1: Figura S7 ilustran que las vibraciones de estiramiento de N–O alrededor de 1350–1390 cm⁻¹ aumentan con la adición de H₂O₂, lo cual también se confirma por el resultado de los espectros XPS. Se observa en los espectros XPS de sondeo completo (Archivo adicional 1: Figura S8) que la relación O a N de los CDs antes y después del tratamiento con H₂O₂ fue 1.57 y 3.85, respectivamente. El aumento de la relación O/N revela que los estados de enlace de N en los CDs pueden cambiar con la adición de H₂O₂, lo cual está en línea con los espectros XPS N1s de alta resolución mostrados en la Fig. 2c, d. Del resultado de los espectros XPS N1s, el contenido de N grafítico en los CDs ha aumentado con la adición de H₂O₂. Además, hay un pico adicional de estado N–O a 407.3 eV en los espectros N1s después de la adición de H₂O₂, lo que demuestra obviamente que la importación de H₂O₂ provoca la variación de los estados superficiales en los CDs. Todas las mediciones manifiestan que el marco de N superficial podría cambiarse por la adición de H₂O₂.

Informes previos sugieren que las bandas de emisión de los CDs están relacionadas con los estados superficiales como radicales dopados con N y grupos urea [5, 9, 12, 23,24,25]. Mientras tanto, estos estados superficiales son sensibles a estímulos físicos o químicos externos. Sobre la base del análisis foto-físico y ambiental superficial, proponemos el mecanismo de la evolución de fluorescencia con la introducción de H₂O₂ (Fig. 3). El estado de borde de los CDs preparados consiste en grupos N pirrólicos conjugados. Este tipo de estado N puede estar mayormente localizado en nivel de alta energía. Así, el electrón excitado puede relajarse no radiativamente al estado superficial N de alto nivel y luego transferirse radiativamente al estado fundamental acompañado con bandas de emisión de fluorescencia alrededor de 450 nm. En contraste, la intensidad de fluorescencia de la solución de CDs disminuye ligeramente debido al amortiguamiento dinámico entre H₂O₂ y los CDs, donde surge CT entre CDs y H₂O₂ similar a informes previos [26,27,28,29]. De lo contrario, se podría deducir que los radicales fluorescentes de alta energía (estado N relacionado) se transforman en estado N–O de menor energía en virtud del impacto de radical hidroxilo del H₂O₂. Así, el electrón excitado puede relajarse mayormente con una transición radiativa desde el estado N–O de menor energía al estado fundamental con una banda de emisión verde a 500 nm, lo que también resulta en el amortiguamiento estático de fluorescencia a 450 nm. Por lo tanto, las bandas de emisión principales de CDs podrían presentar un cambio de emisión azul a emisión verde.

Mecanismo de detección posible para CDs antes (izquierda) y después (derecha) de añadir H₂O₂

Evaluación de los nanosensores de CDs

Sobre la base del comportamiento fluorescente y colorimétrico anterior de los CDs, hemos desarrollado un nanosensor para detectar H₂O₂ por los CDs. El sistema de detección propuesto consiste en CDs con concentración adecuada en solución acuosa (3.75 μg mL⁻¹, Archivo adicional 1: Figura S9), donde los CDs sirven doble función como reporteros tanto colorimétricos como fluorométricos en este sistema.

El sistema de nanosensores propuesto basado en la solución de CDs se ilustra en la Fig. 4. Los cambios fluorométricos y colorimétricos causados por H₂O₂ pueden visualizarse distintivamente a simple vista (Fig. 4c, f), donde se puede observar una serie de cambios de color notables de azul a verde y de rojo oscuro a verde bajo iluminación UV y luz diurna. Además, la adición de H₂O₂ en la solución de CDs también puede expresarse cuantitativamente con los espectros de fluorescencia y absorción (Fig. 4a, d). Como se muestra en la Fig. 4a, la banda de fluorescencia centrada a 450 y 500 nm disminuye gradualmente con el aumento de la concentración de H₂O₂ de 0 a 2 M. Sin embargo, el aumento de la concentración de H₂O₂ conduce a la disminución diferente de la intensidad de fluorescencia a 450 nm (I ₄₅₀) y 500 nm (I ₅₀₀), lo que concuerda bien con el cambio de color de fluorescencia en la solución de CDs (Fig. 4c). Por lo tanto, la relación de la intensidad de fluorescencia a 500 nm a la de 450 nm se selecciona para monitorear la concentración de H₂O₂ (Fig. 4a, b). La relación más baja está relacionada con la emisión azul, mientras que la fluorescencia verde puede observarse a simple vista a una relación más alta de I ₅₀₀ a I ₄₅₀. El rango de detección lineal por estos medios abarca de 0.05 a 0.5 M con una correlación lineal R ² = 0.987. De manera similar, el cambio colorimétrico ocurre en la solución de CDs debido a la disminución inhomogénea de la banda de absorción a 555 y 595 nm. Como se muestra en la Fig. 4d, la intensidad de absorción disminuye en la región visible, pero el aumento de la concentración de H₂O₂ resulta en que la absorción alrededor de 595 nm disminuye más lentamente que alrededor de 555 nm. Por lo tanto, la relación de la absorción a 595 nm (A ₅₉₅) a la de 555 nm (A ₅₅₅) también podría usarse para medir la concentración de H₂O₂. La relación de A ₅₉₅ a A ₅₅₅ aumenta exponencialmente de 0.05 a 2 M con una correlación exponencial R ² = 0.999, y el cambio colorimétrico se correlaciona bien con el rango de concentración de H₂O₂ de 0.05 a 0.25 M con límite de detección lineal (LOD) de 14 mM (Archivo adicional 1: Figura S11 y Tabla S1). Los nanosensores de modo dual tienen una sensibilidad adecuada de este método satisfaciendo los requisitos clínicos y medicinales debido a la concentración de H₂O₂ a través de la reacción GOD que varía alrededor de milimolar (~10 mM) en plasma [20]. Además, los nanosensores de modo dual tienen una referencia de calibración intrínseca incorporada, por lo que la fluctuación de intensidad y otros factores causados externamente pueden eliminarse, lo que contribuye a la promoción de la precisión de la prueba.

a Espectros de fluorescencia de CDs en presencia de diferentes concentraciones de H₂O₂. b Curva de calibración de I ₅₀₀/I ₄₅₀ de CDs vs. concentración de H₂O₂. Recortes muestran el rango de detección lineal de I ₅₀₀/I ₄₅₀ de CDs vs. concentración de H₂O₂. c Imágenes fotográficas de la solución de CDs fluorescente bajo diferentes concentraciones de H₂O₂. d Espectros UV-Vis de CDs en presencia de diferentes concentraciones de H₂O₂. e Curva de calibración de A ₅₉₅/A ₅₅₅ de CDs vs. concentración de H₂O₂. f Imágenes fotográficas de la solución de CDs bajo diferentes concentraciones de H₂O₂

Para evaluar la selectividad de los nanosensores hacia H₂O₂, se realizaron ensayos de interferencia bajo condiciones idénticas usando algunos cationes comunes, como Na⁺, K⁺, NH⁴⁺, Ca²⁺, Zn²⁺ y Fe²⁺. Como se muestra en la Fig. 5a, b, los cambios fluorométricos y colorimétricos de los CDs se han evaluado en presencia de diferentes cationes. En presencia de Na⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ca²⁺, Zn²⁺ y Fe²⁺, la relación de fluorescencia de I ₅₀₀ a I ₄₅₀ y la relación de absorción de A ₅₉₅ a A ₅₅₅ aparecen solo como una ligera variación comparada con la muestra en blanco, lo que significa que estos cationes tienen poca interferencia en la detección de H₂O₂. Además, también hemos comparado el impacto en los CDs con otros oxidantes, como HNO₃, KClO₃, FeCl₃, NaClO, K₂Cr₂O₇ y KMnO₄ (Fig. 5c, d y Archivo adicional 1: Figuras S12 y S13), y encontramos que el color de fluorescencia cambia de azul a verde con la adición de estos oxidantes excepto K₂Cr₂O₇ y KMnO₄. Así, podemos descartar la interferencia de K₂Cr₂O₇ y KMnO₄ a través del cambio de fluorescencia. Además, podemos excluir fácilmente el impacto de otros oxidantes como HNO₃, KClO₃, FeCl₃ y NaClO a partir del resultado de la relación de absorción de A ₅₉₅ a A ₅₅₅. Por lo tanto, los nanosensores de modo dual demostrados en este artículo pueden ser muy prometedores en la alta selectividad de la determinación debido al efecto sinérgico de los dos métodos de detección independientes [30,31,32,33]. Además, hemos medido el tiempo de respuesta del cambio fluorométrico tras la adición de H₂O₂ y encontramos que la fluorescencia disminuye después de inyectar H₂O₂ y se mantiene estable en aproximadamente 3.3 s (Archivo adicional 1: Figura S14).

a, c Relación de fluorescencia I ₅₀₀/I ₄₅₀ de solución conteniendo CDs y varios cationes interferentes (a) y oxidantes (c). b, d Relación de absorción A ₅₉₅/A ₅₅₅ de solución conteniendo CDs y varios cationes interferentes (b) y oxidantes (d)

La viabilidad de células A549 se examinó usando el ensayo estándar CCK-8 para evaluar la citotoxicidad de CDs. Como se muestra en la Fig. 6, encontramos que se obtiene cerca del 80% de viabilidad incubando células A549 con CDs durante 48 h incluso a alta concentración de CDs como 500 μg mL⁻¹. Se calcula que la concentración inhibitoria 50% (IC50) de CDs es de aproximadamente 1106 μg mL⁻¹ por GraphPad Prism 5.0, lo que deduce que los CDs tienen buena biocompatibilidad y muy baja citotoxicidad a alta concentración. Además, hemos comparado el rendimiento analítico de nanosensores reportados previamente para la determinación de H₂O₂ mostrado en Archivo adicional 1: Tabla S2. La biocompatibilidad, simplicidad y visualización de la detección son comparables o incluso mejores que la mayoría de estos ensayos de H₂O₂ reportados. Considerando que los nanosensores de modo dual basados en CDs tienen buena selectividad hacia la detección de H₂O₂, el límite de detección adecuado (LOD = 14 mM) en el mismo orden que la glucosa en sangre, y muy baja citotoxicidad a alta concentración de CDs, los nanosensores son prometedores para usarse en la prueba de glucosa en sangre y otros requisitos clínicos.

Viabilidad celular de células A549 después de incubación de 48 h en diferentes concentraciones de CDs

Conclusiones

En conclusión, proponemos un nanosensor de modo dual basado en CDs con salidas tanto colorimétricas como fluorométricas para la detección cuantitativa de H₂O₂ basada en el cambio fluorométrico y colorimétrico de la solución de CDs tras la introducción de H₂O₂. Los nanosensores son simples y fáciles de lograr detección a simple vista para H₂O₂. El mecanismo de los nanosensores puede atribuirse al hecho de que estímulos químicos externos como radicales hidroxilo del H₂O₂ provocan el cambio de propiedades superficiales y la agregación de CDs, que dominan la emisión y absorción de CDs. Los nanosensores propuestos exhiben buena biocompatibilidad, alta selectividad hacia H₂O₂ con un rango de detección lineal que abarca de 0.05 a 0.5 M, y un límite de detección de alrededor de 14 mM, que es comparable al nivel de H₂O₂ producido por reacciones GOD. Se cree que la estrategia reportada en este artículo puede proporcionar un enfoque prometedor para desarrollar un sensor novedoso en glucosa en sangre, que podría ser valioso en diagnóstico de enfermedades y pruebas ambientales.