光致發(fā)光石墨烯材料在細(xì)胞成像，顯示技術(shù)，生物醫(yī)學(xué)和生物傳感等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。因此，它們的開發(fā)是石墨烯化學(xué)一項(xiàng)主要而又極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前為止，基于石墨烯/氧化石墨烯量子點(diǎn)的尺寸限制、氧化石墨烯與光致發(fā)光物質(zhì)的非共價(jià)化學(xué)結(jié)合以及氧化石墨烯能帶隙調(diào)諧的化學(xué)方法已被報(bào)道。在這里，我們介紹一種簡(jiǎn)單的方法，通過一步氟化石墨烯化學(xué)法來實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的光致發(fā)光石墨烯衍生物，使胺能夠控制表面工程/化學(xué)還原。具體來說，氟代石墨烯與十二烷基胺和六亞甲基二胺的反應(yīng)分別產(chǎn)生了親有機(jī)物和親水性石墨烯衍生物，表現(xiàn)出固有熒光。密度泛函理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均表明，排放特性的產(chǎn)生是由于胺的選擇造成的能量缺口。對(duì)NIH/3T3和HeLa細(xì)胞的細(xì)胞毒性測(cè)定表明，親水胺功能化衍生物具有很高的生物相容性。由于其固有的熒光特性，利用流式細(xì)胞儀技術(shù)和熒光顯微鏡成像技術(shù)可以直接定量細(xì)胞對(duì)石墨烯片的吸收和細(xì)胞內(nèi)石墨烯片的定位。這些發(fā)現(xiàn)為新型功能光致發(fā)光石墨烯衍生物在生物傳感、生物醫(yī)學(xué)和生物成像等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
Fig. 1. (a, b)具有微米級(jí)橫向尺寸的CDA和CHMDA納米片的SEM圖像。(c)CDA，(e)CHMDA 和(d)厚度為1.09和1.28 nm的AFM圖像。(f) CDA納米片的TEM圖像。(g-j) CDA納米片的HRTEM-EDX化學(xué)作圖，碳(藍(lán)色)，氟(紅色)和氮(綠色)。
Fig. 2. (a, b)與cf比較CDA和CHMDA的XPS測(cè)量光譜。(c, e) CDA的高分辨率C1s和N1s。(d, f) CHMDA的高分辨率C1s和N1s。
Fig. 3. (a)激發(fā)波長(zhǎng)為350-600 nm的己烷中CDA的光致發(fā)光發(fā)射光譜。(b)激發(fā)波長(zhǎng)325-400 nm的CHMDA在水中的光致發(fā)光發(fā)射光譜。(c, d)在λexc= 375 nm處的CDA和CHMDA光致發(fā)光衰減曲線。
Fig. 4. (a)在自然光下棕色CDA在己烷中的分散(左)；在紫外線照射下顯示紅色光致發(fā)光的相同色散(右)。(b)使用綠色(左)或紫色(右)激光束從CDA在己烷中的發(fā)射。(c)CHMDA在自然光下的水分散(左)；相同的色散在紫外線照射下(約380 nm)產(chǎn)生藍(lán)色/綠色熒光(中間)；使用紫激光束從CHMDA在水中發(fā)出藍(lán)色/綠色發(fā)光(右)。(d-f) CHMDA懸浮液滴在亮場(chǎng)(左)和熒光模式下的光學(xué)圖像，顯示藍(lán)色(中)和綠色(右)發(fā)射。
Fig. 5. (a)胺官能化的N摻雜的氟代石墨烯，(b) CDA和(c)CHMDA的最低能量(基態(tài))結(jié)構(gòu)。CDA和CHMDA的DOSs如(d)所示，其中也顯示了CF的DOS。
Fig. 6.(a)各種濃度的CHMDA孵育24小時(shí)后的細(xì)胞活力評(píng)估。(b)在HeLa和NIH/3T3細(xì)胞中CHMDA孵育24小時(shí)后的ROS值。(c)細(xì)胞對(duì)CHMDA的濃度依賴性攝取。
Fig. 7. (a)在10，50，100和150 μg/mL CHMDA（從左至右）孵育24小時(shí)后NIH/3T3細(xì)胞(上)和Hela細(xì)胞(下)的光學(xué)圖像。(b)用300 μg/ mL CHMDA孵育24小時(shí)后NIH/3T3細(xì)胞的光學(xué)/熒光顯微鏡檢查：(左)具有可見黑色CHMDA簇的明亮細(xì)胞區(qū)；(中)從胞質(zhì)溶膠中綠色發(fā)射CHMDA；(右)合并左圖和中圖的圖像。
Fig. 8. 在成纖維細(xì)胞中CHDMA(左圖中的綠色像素)和溶酶體(中間圖像中的紅色像素)的高度共域化。右圖顯示了細(xì)胞的一個(gè)平面層中的綠色和紅色通道的3D重建和合并；中央藍(lán)色圓圈是原子核的位置。所有圖像均由Leica LAS X軟件的一個(gè)中心生成。
相關(guān)研究成果于2019年由奧洛莫克帕拉克大學(xué)Radek Zboril課題組，發(fā)表在Applied Materials Today (https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.08.002)上。原文：Intrinsic photoluminescence of amine-functionalized graphene derivatives for bioimaging applications。
