การสังเคราะห์วัสดุเรืองแสงคาร์บอนดอทโดยวิธีการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟและการประยุกต์ใช้ทางด้านการติดฉลากทางชีวภาพ
Preparation of Fluorescent Carbon Dots Using Microwave-Assisted Pyrolysis and Its Application in Biolabeling
Keywords:
คาร์บอนดอท , ฟลูออเรสเซนต์ , วิธีให้ความร้อนในการเผาไหม้ด้วยไมโครเวฟ , แอนติบอดี, 8-OHdGAbstract
งานวิจัยนี้ได้สังเคราะห์วัสดุเรืองแสงชนิดคาร์บอนดอท (carbon dots) จากกรดซิตริกและยูเรีย ด้วยวิธีการที่ง่ายและรวดเร็ว นั่นคือ วิธีให้ความร้อนในการเผาไหม้ด้วยไมโครเวฟ (microwave-assisted pyrolysis) ซึ่งเวลาในการให้ความร้อนจากไมโครเวฟจะมีผลต่อสีของแสงฟลูออเรสเซนต์ที่คาร์บอนดอทปล่อยออกมา และพบว่าเมื่อให้ความร้อนเป็นเวลา 5 นาที คาร์บอนดอทจะให้แสงฟลูออเรสเซนต์สีฟ้าที่สว่างที่สุด ได้มีการพิสูจน์เอกลักษณ์ของคาร์บอนดอทจากเทคนิคการดูดกลืนแสงยูวี-วิสิเบิล (UV-Vis), สเปกตรัมการเปล่งแสงฟลูออเรสเซนต์, สเปกตรัมฟูเรียร์ทรานสฟอร์ม-อินฟราเรด (FTIR) และภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) คาร์บอนดอทที่สังเคราะห์ได้มีขนาดเล็กกว่า 5 นาโนเมตร และมีคุณสมบัติเชิงแสงที่ดี จึงได้นำไปประยุกต์ใช้ทางด้านการติดฉลากทางชีวภาพ (biolabeling) โดยการเชื่อมติด (binding) กับแอนติบอดีชนิด 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine (8-OHdG) โดยใช้กลูตารัลดีไฮด์เป็นสารเชื่อมขวาง ซึ่งงานวิจัยนี้อาจจะสามารถพัฒนาเป็นส่วนหนึ่งที่สามารถประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์และหาปริมาณของสารบ่งชี้ทางชีวภาพที่บ่งบอกถึงการมีภาวะความไม่สมดุลของการเกิดอนุมูลอิสระ (oxidative stress) ในร่างกายมนุษย์ได้ ในอนาคต In this work, we synthesized fluorescent carbon dots (CDs) from citric acid and urea using an easy and rapid method so called “microwave-assisted pyrolysis”. The synthesized CDs under the difference in microwave heating time provided different colors of fluorescent light. Under UV illumination, it was observed that the maximum intensity of blue fluorescence was carried out from microwave heating process at 5 min. Characterization of CDs was analyzed by UV-Vis absorption, fluorescent spectra, fourier-transform infrared (FTIR) and transmission electron microscope (TEM). The synthesized CDs were less than 5 nm in size and good in optical properties. Moreover, we investigated the use of CDs in biolabeling application by linking CDs with 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine (8-OHdG) antibody using glutaraldehyde as molecular cross linker. This work can be applied to analysis and quantification of 8-OHdG, which is a biological marker indicating of oxidative stress in human body.References
Deng, M., Wang, S., Liang, C., Shang H., & Jiang, S. (2016). A FRET fluorescent nanosensor based on carbon dots for ratiometric detection of Fe3+ in aqueous solution. RSC Advances, 6(32), 26936-26940.
Dong, W., Zhou, S., Dong, Y., Wang, J., Ge, X., & Sui, L. (2015). The preparation of ethylenediamine-modified fluorescent carbon dots and their use in imaging of cells. Luminescence, 30(6), 867-871.
Li, H., He, X., Liu, Y., Huang, H., Lian, S., Lee, S.-T., & Kang, Z. (2011). One-step ultrasonic synthesis of water-soluble carbon nanoparticles with excellent photoluminescent properties. Carbon, 49(2), 605-609.
Li, M., Chen, T., Gooding, J. J., & Liu, J. (2019). Review of carbon and graphene quantum dots for sensing. ACS Sensors, 4(7), 1732-1748.
Li, N., Than, A., Wang, X., Xu, S., Sun, L., Duan, H., Xu, C., & Chen, P. (2016). Ultrasensitive profiling of metabolites using tyramine-functionalized graphene quantum dots. ACS Nano, 10(3), 3622-3629.
Liu, H., Zhao, X., Wang, F., Wang, Y., Guo, L., Mei, J., Tian, C., Yang, X., & Zhao, D. (2017). High-efficient excitation-independent blue luminescent carbon dots. Nanoscale Research Letters, 12(1), 399.
Liu, M. L., Chen, B. B., Li, C. M., & Huang, C. Z. (2019). Carbon dots: synthesis, formation mechanism, fluorescence origin and sensing applications. Green Chemistry, 21(3), 449-471.
Ma, J. L., Yin, B. C., Wu, X., & Ye, B. C. (2017). Simple and cost-effective glucose detection based on carbon nanodots supported on silver nanoparticles. Analytical Chemistry, 89(2), 1323-1328.
Miao, H., Wang, L., Zhuo, Y., Zhou, Z., & Yang, X. (2016). Label-free fluorimetric detection of CEA using carbon dots derived from tomato juice. Biosensors and Bioelectronics, 86, 83-89.
Qu, F., Guo, X., Liu, D., Chen, G., & You, J. (2016). Dual-emission carbon nanodots as a ratiometric nanosensor for the detection of glucose and glucose oxidase. Sensors and Actuators B: Chemical, 233, 320-327.
Reyes, D., Camacho, M., Camacho, M., Mayorga, M., Weathers, D., Salamo, G., Wang, Z., & Neogi, A. (2016). Laser ablated carbon nanodots for light emission. Nanoscale Research Letters, 11, 424, 1-11.
Shi, Z., Yingzhe, Z., Xin, C., Fei, Z., Liyun, Z., Guangshuo, W., Jie, G., Yingying, M., Lianhong, Z., Bin, F., & Ruitao, Y. (2020). Mesoporous superparamagnetic cobalt ferrite nanoclusters: Synthesis, characterization and application in drug delivery. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 498, 166222.
Wang, C.-I., Wu, W.–C., Periasamy, A. P., & Chang, H.–T. (2014). Electrochemical synthesis of photoluminescent carbon nanodots from glycine for highly sensitive detection of hemoglobin. Green Chemistry, 16(5), 2509–2514.
Wu, Y., Wei, P. Pengpumkiat, S., Schumacher, E. A., & Remcho, V. T. (2015). Development of a carbon dot (C-Dot)-linked immunosorbent assay for the detection of human alpha-fetoprotein. Analytical Chemistry, 87(16), 8510-8516.
Xiao, N., Liu, S. G., Mo, S., Yang, Y. Z., Han, L., Ju, Y. J., Li, N. B. & Luo, H. Q. (2018). B,N-carbon dots-based ratiometric fluorescent and colorimetric dual-readout sensor for H2O2 and H2O2-involved metabolites detection using ZnFe2O4 magnetic microspheres as peroxidase mimics. Sensors and Actuators B: Chemical, 273, 1735-1743.
Xu, X., Ray, R., Gu, Y., Ploehn, H. J., Gearheart, L., Raker, K., & Scrivens, W. A. (2004). Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments. Journal of the American Chemical Society, 126(40), 12736-12737.
