谷胱甘肽修饰CdTe量子点与牛血红蛋白相互作用的研究

赵玲子，汪阅，杨炳君



谷胱甘肽修饰CdTe量子点与牛血红蛋白相互作用的研究

赵玲子，汪阅，杨炳君

（吉林师范大学 环境科学与工程学院，吉林 四平 136000）

量子点是一种新型纳米材料，其生物毒性及其环境影响日益受到社会的关注。通过紫外可见光谱和荧光光谱相互验证，研究谷胱甘肽修饰CdTe量子点和牛血红蛋白的相互作用。结果表明，CdTe量子点与牛血红蛋白的作用微弱，牛血红蛋白光谱特性的变化主要是由于微环境的改变引起的。这将为从分子水平上研究量子点的生物毒性提供理论依据。

谷胱甘肽； 碲化镉量子点； 牛血红蛋白(BHb）

量子点又称为半导体纳米晶体，是一种新型无极荧光探针[1]，具有激发光谱宽且连续，发射峰可控且窄而对称，量子产率高，抗光漂白性强等优良的荧光特性[2]，常作为生物标记物和成像媒介被广泛应用于化学、医药和生物等领域[3-5]。

随着量子点应用日渐广泛，人们逐渐意识到其存在的潜在危害，研究表明，量子点的毒性作用除了归因于其尺寸效应[6]，其合成材料、合成方法不同导致的化学性质的变化也是关键因素[7]，这使得对于量子点的生物毒性评价和比较变得复杂。目前，有关量子点与生物大分子相互作用已经有很多研究报道[8，9]，但这些研究大多数都没有考虑到荧光内滤现象，而荧光内滤的存在会为实验结果带来很大的误差，从而得出错误的结论。

本文将会在考虑荧光内滤效应的情况下，选取血液循环系统中的血红蛋白为研究对象，运用荧光光谱和紫外可见吸收光谱等手段对量子点与牛血红蛋白的相互作用进行研究，为量子点的生物毒性研究提供参考。

1 实验部分

1.1 实验试剂

Na2TeO3（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），谷胱甘肽、牛血红蛋白（纯度大于99%，美国Sigma公司），NaBH4（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），CdCl2·2.5H2O、Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O、异丙醇均为分析纯，购自天津科密欧化学试剂有限公司。

1.2 实验仪器

紫外-可见分光光度计（TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司）；荧光分光光度计（安捷伦科技有限公司）；电子分析天平（BSA124S，赛多利斯科学仪器有限公司）；集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S，上海科升仪器有限公司）。

1.3 量子点的合成

在三口烧瓶中依次加入6 ml 0.1 mol/L的CdCl2、还原型谷胱甘肽0.225 0 g。用1 mol/L 的NaOH调节pH值到9，加入少量水，之后加入0.100 0 g的NaBH4以及一定量的Na2TeO3，定容至100 mL，10 min将三口烧瓶置于集热式恒温加热磁力搅拌器中100 ℃加热回流2 h。取刚刚制备的量子点溶液，加入2倍体积的异丙醇，用移液枪吹打均匀后，移至离心机中，调节转速到6 000 r/min，离心时间10 min，弃掉上层清液，用超纯水分散后备用。

1.4 量子点与BHb相互作用的紫外可见吸收光谱测定

将0.2 mol/L Na2HPO4·12H2O和NaH2PO4·2H2O按81∶19的比例混合，配制成pH为7.4的缓冲溶液。将1 mL的0.2 mol/L的PBS缓冲溶液，1 mL 3×10-5mol/L的BHb溶液以及一定浓度梯度的CdTe量子点溶液加入到10 mL容量瓶中，加水定容，稳定30 min后，利用紫外-可见分光光度计测定。参数设置：扫描速度为快速，波长范围250~450 nm，狭缝宽度1 nm。

1.5 量子点与BHb相互作用的荧光光谱测定

取6个10 mL的容量瓶，分别加入1 mL pH为7.4的PBS缓冲溶液，然后再分别加入一定浓度梯度的CdTe量子点溶液，之后各加入1 mL的3×10-5mol/L的BHb溶液，加入超纯水定容，稳定30 min，对体系进行荧光光谱的检测。

荧光发射光谱参数设置：激发波长278 nm，扫描范围290~450 nm，扫描电压700 V，激发和发射狭缝均为5 nm。同步荧光参数设置：初始激发波长250 nm，波长差分别为15 nm(酪氨酸)和60 nm(色氨酸)。

1.6 荧光内滤的计算

荧光内滤是指溶液对激发和发射光的吸收所形成的荧光下降[10]。因此，为更清晰的解释实验现象，需要去掉荧光内滤的影响，采用Lakowicz的校正公式校正荧光光谱的数值[11]：

cor=obs×10（ex+em）/2 （1）

式中：cor——校正后的荧光数值；

obs——测定的荧光数值；

ex——激发波长处的吸收值；

em——发射波长处的吸收值。

2 结果与讨论

2.1 量子点对BHb紫外可见吸收光谱的影响

BHb在278 nm和406 nm处有两个显著的吸收峰，它们分别是蛋白质分子中含苯环的氨基酸残基（色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸）的吸收峰和血红素的特征峰。由图1可以看出，随着量子点浓度的增加，两个吸收峰的强度均逐渐减弱，但下降的幅度不大，说明量子点与血红蛋白发生了微弱的相互作用。

图1 不同浓度CdTe量子点暴露下BHb的紫外吸收光谱

Conditions: BHb: 3×10-5mol L-1; CdTe QDs/×10-7mol L-1: (1) 0, (2) 0.207, (3) 0.414, (4) 0.828. pH=7.4

2.2 量子点对BHb荧光光谱的影响

荧光猝灭是指能够导致荧光供体荧光强度降低的物理或化学过程，由于其高度的灵敏性被广泛地用于化学及生物化学的定量分析中。荧光猝灭分析中一个重要且不能避免的问题就是猝灭剂对荧光体发射波长和激发波长的吸收，这会导致猝灭率虚高的现象，被称为内滤效应。内滤效应会影响对于结果的分析，因此有必要对内滤效应进行校正，否则观察和计算出的结果会有很大的差异。

图2为未进行内滤校正时CdTe量子点对BHb荧光光谱光谱的影响，由图可以看出随着CdTe量子点浓度的增加，BHb荧光强度逐渐下降，且峰值变化幅度很大，说明CdTe量子点与BHb存在着显著的相互作用。

图2 不同浓度CdTe量子点暴露下BHb的荧光发射光谱

（无内滤校正）

Conditions: BHb: 3×10-5mol L-1; CdTe QDs/×10-7mol L-1: (a) 0, (b) 0.207, (c) 0.414, (d) 0.621, (e) 0.828, (f) 1.035. pH=7.4; T﹦298 K

图3 不同浓度CdTe量子点暴露下BHb的荧光发射光谱

（内滤校正后）

由图3可知，当考虑荧光内滤时，随着CdTe量子点浓度的增加，BHb 340 nm处的发射峰强度变化幅度减小，且峰位置没有变化，说明CdTe量子点与BHb的相互作用是微弱的，其发射峰强度的变化主要是由于BHb所处微环境的改变引起的。

2.3 同步荧光光谱分析

由图4、5可以看出，当考虑荧光内滤时，BHb中色氨酸和酪氨酸残基的荧光峰值变化的幅度很小，再次说明量子点与BHb的相互作用很微弱。

图4 不同浓度CdTe量子点暴露下BHb的同步荧光光谱(Δλ=60 nm)（内滤校正后）

图5 不同浓度CdTe量子点暴露下BHb的同步荧光光谱 (Δλ=15 nm)（内滤校正后）

3 结 论

本文主要运用紫外可见吸收光谱和荧光光谱手段研究了CdTe量子点与BHb的相互作用。研究表明，随着CdTe量子点浓度的增加，BHb的两个吸收峰强度均逐渐下降，但下降幅度不大，这说明量子点与牛血蛋白发生了微弱的相互作用。荧光光谱分析结果显示，不考虑荧光内滤的条件时，BHb的荧光特征峰强度随量子点浓度的增加出现大幅下降，说明二者相互作用显著；当考虑荧光内滤时，BHb的荧光特征峰强度变化幅度很小，说明实际情况是碲化镉量子点与BHb虽然发生了相互作用，但反应微弱，BHb荧光强度的变化，主要是微环境的变化所引起的。从整个实验中也证明了考虑荧光内滤的重要性。

［1］陈海燕，胡琴. 量子点作为荧光探针在生物样品检测中的应用及进展[J]. 中国医药工业杂志, 2015, 46 (2) :207-211.

［2］宋尔群，魏宏，宋杨. 量子点细胞毒性效应研究进展[J]. 环境化学, 2011, 30(3): 585-590.

［3］刘星, 罗阳. 量子点生物传感器中的表面修饰技术及其医学应用[J]. 分析化学, 2014, 42(7): 1061-1069.

［4］严拯宇, 肖岸,吕华, 等. ZnO掺杂碳量子点的流动注射化学发光法测定甲硝唑[J]. 新型炭材料, 2014, 29(3): 216-224.

［5］卫会云, 王国帅, 吴会觉.量子点敏化太阳能电池研究进展[J]. 物理化学学报, 2016, 32 (1): 201-213.

［6］祝欣，董朝青，王金杰，等.水相合成CdTe量子点对人宫颈癌细胞(SiHa)的毒性研究[J]. 分析科学学报, 2011, 27(6): 681-687.

［7］李峥，汪勇先，张国欣，韩彦江.稳定剂对水相制备CdTe量子点的荧光性能和细胞毒性影响研究[J]. 无机材料学报, 2010, 25(5): 495-499.

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［9］Lingzi Zhao, Rutao Liu, Xingchen Zhao, Bingjun Yang, et. New strategy for the evaluation of CdTe quantum dot toxicity targeted to bovine serum albumin. Science of the total environment, 2009, 407: 5019-5023.

［10］Fery-Forgues S, Lavabre D. Are fluorescence quantum yields so tricky to measure? A demonstration using familiar stationery products [J]. Journal of Chemical Education, 1999, 76(9): 1260-1264.

［11］Lakowicz J R. Principles of fluorescence spectroscopy [M]. Springer Verlag, 2006．

Study on the Interaction Between Glutathione Modified CdTe Quantum Dots and Bovine Hemoglobin

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（College of Environmental Science and Engineering, Jilin Normal University, Jilin Siping 136000, China）

Quantum dot is a new type of nanometer material, its biological toxicity effect and impact on the environment increasingly attract the attention of society. In this paper, the interaction between GSH modified CdTe quantum dots and bovine hemoglobin was studied by UV-visible spectra and fluorescence spectra. The results showed that the interaction between CdTe quantum dots and bovine hemoglobin was weak, and the change of the spectral characteristics of bovine hemoglobin was mainly due to the change of microenvironment. This paper will provide a theoretical basis for studying the biotoxicity of quantum dots at the molecular level.

glutathione; CdTe quantum dots; bovine hemoglobin (BHb)

TQ 033

A

1004-0935（2017）10-0951-03

2017-08-30

赵玲子（1984-），女，讲师，硕士，山东淄博人，2010年毕业于山东大学环境科学专业，研究方向：环境污染与健康。