基于双发射碳量子点的比率型荧光探针在Mn<sup>2+</sup>传感与细胞成像中的应用

张越诚; 马静; 孙凌波; 陈飞; 张诗雨; 张雨晗; 李淼; 张雅蓉; 马红燕

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240347

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基于双发射碳量子点的比率型荧光探针在Mn²⁺传感与细胞成像中的应用

研究论文 | 更新时间：2025-06-04

- 基于双发射碳量子点的比率型荧光探针在Mn²⁺传感与细胞成像中的应用
- A dual-emission carbon dots-based ratiometric sensor for detection and cellular imaging of Mn²⁺ ions
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2025年64卷第3期页码：60-73
- 作者机构：
  
  1.延安大学化学与化工学院，陕西延安 716000
  2.延安大学延安医学院，陕西延安 716000
  3.新正检验检测有限公司，新疆乌鲁木齐 830000
- 作者简介：
  
  [ "SUN Lingbo(lingbosun@yau.edu.cn)" ]
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(22264023);Natural Science Foundation of Shaanxi Province(2024JC-YBQN-0150);Yan'an Science and Technology Bureau Project(2023-SFGG-057);Scientific Research Projects of Education Department of Shaanxi Province(22JK0614);PhD Start Fund of Yan'an University(YDBK2022-15)
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240347
  中图分类号： O65
- 收稿日期：2024-12-08，
  
  录用日期：2025-01-06，
  
  网络出版日期：2025-01-21，
  
  纸质出版日期：2025-05-25
- 稿件说明：
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张越诚,马静,孙凌波等.基于双发射碳量子点的比率型荧光探针在Mn²⁺传感与细胞成像中的应用[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(03):60-73.

ZHANG Yuecheng,MA Jing,SUN Lingbo,et al.A dual-emission carbon dots-based ratiometric sensor for detection and cellular imaging of Mn²⁺ ions[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(03):60-73.
张越诚,马静,孙凌波等.基于双发射碳量子点的比率型荧光探针在Mn²⁺传感与细胞成像中的应用[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(03):60-73. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240347.

ZHANG Yuecheng,MA Jing,SUN Lingbo,et al.A dual-emission carbon dots-based ratiometric sensor for detection and cellular imaging of Mn²⁺ ions[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(03):60-73. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240347.

摘要

Mn作为一种人体必需的微量元素，在众多生命过程中都发挥着重要作用。近期研究发现，Mn

可独立激活cGAS-STING通路，显著提高免疫治疗效果。但由于Mn

特异性分子探针的缺失，导致Mn

介导cGAS-STING通路免疫调控分子机制的相关研究滞后。因此，急需构建活细胞内Mn

的检测与成像方法。本文使用天冬氨酸与对苯二胺为原材料，通过一步水热法合成了具有双发射特性的碳量子点。当Mn

加入碳量子点溶液时，碳量子点在350 nm处的荧光发射峰显著增强，而其在610 nm处的发射强度基本保持不变。因此，使用350、610 nm处的信号值分别作为响应信号与参比信号，便可构建特异性识别Mn

的比率型荧光探针。在最优的条件下，该探针在0.9~15 μmol/L之间具有良好的线性范围，检出限为61 nmol/L。该探针得益于Mn

介导的比率型荧光信号响应，使其具有出色的灵敏度、特异性以及稳定性，能进一步应用复杂生物样品中Mn

的分析检测与细胞成像，对Mn

介导cGAS-STING通路免疫调控分子机制的研究具有潜在的应用价值。

Abstract

Manganese (Mn)

an essential trace element in the human body

plays critical roles in many biological processes. Recent studies have discovered that Mn

may promote or directly activate the cGAS-STING pathway

thereby subsequently initiating the natural immune response and augmenting antitumor therapy. However

the current lack of accurate methods for Mn

determination in cells significantly limits their mechanism investigation; hence

it is urgent to establish novel tools to detect Mn

in cells. In this study

the dual-emission carbon dots were initially synthesized via the one-pot hydrothermal method employing

-aspartic acid and

-phenylenediamine as raw materials. In the presence of Mn

the emission peak centered at 350 nm exhibited significant enhancement

whereas another peak at 610 nm remained stable. Consequently

a ratiometric sensor for Mn

determination was established using the signal at 350 nm as the responsive signal and the signal at 610 nm as an internal reference. Under the optimal condition

a good linear relationship was achieved between the

350

610

value and Mn

concentration ranging from 0.9 to 15 μmol/L

with

a calculated LOD of 61 nmol/L. Benefiting from the special Mn

-induced ratiometric approach

this method demonstrates outstanding sensitivity

selectivity

and stability

rendering it applicable for Mn

determination in complex biological samples

as well as Mn

imaging in MKN-45 and LO2 cells.

关键词

Keywords

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A dual-emission carbon dots-based ratiometric sensor for detection and cellular imaging of Mn2+ ions

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A dual-emission carbon dots-based ratiometric sensor for detection and cellular imaging of Mn²⁺ ions