基于碳量子点荧光探针测定法莫替丁的研究

黄莉莉，王艳妮，任 岗，慕小雪，马红燕

(延安大学化学与化工学院，陕西延安 716000)

碳量子点(Carbon Quantum Dots，CQDs)也称为碳点、碳纳米点、碳基点、碳纳米晶等，是尺寸大小在10 nm以下的单分散的、几何形状近乎准球型的一种新兴的碳纳米功能材料[1]。荧光碳量子点与传统有机染料及半导体量子点相比，不仅光学性质稳定和易于实现表面功能化，而且具有细胞毒性低和生物相容性好等特性[2]。这些特性使得碳量子点在生物成像、药物传递、细胞标记和光催化等领域中具有广泛的应用前景[3 - 5]。但是，以碳量子点作为荧光探针，基于其与药物的相互作用进行药物分析的研究甚少。

法莫替丁(Famotidine，FMTD)又名胃舒达，是继西咪替丁、雷尼替丁之后的新一代H2受体拮抗剂之一，临床上因其具有使用剂量少、疗效高等优点，而广泛应用于消化系统疾病的治疗[6]。但随着疗程增加和服药次数增多，其不良反应也逐渐加重，甚至会出现过敏性休克死亡[7]。有关FMTD的测定现在主要为高效液相色谱法[8,9]、液相色谱-质谱联用法[10]、分光光度法[11]、化学发光分析法[12,13]和荧光光谱法[14]等。以上方法中，有的需要昂贵的仪器设备，有的方法繁琐不够简便，有的不够灵敏，也有的需要使用有机溶剂。因此，研究新的FMTD快速检测方法无论对于FMTD的安全使用还是对其药代动力学研究都具有重要意义。本文以木炭为碳源，采用回流法制备了CQDs，用荧光光谱、紫外光谱法研究了该CQDs与FMTD的相互作用。提出了以CQDs作为荧光探针测定FMTD的新方法，该法灵敏度高、检出限低、操作简单。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

F-4500型荧光分光光度计(日本，日立公司)；Agilent-8453型紫外-可见分光光度计(美国，安捷伦公司)。

法莫替丁(FMTD)标准溶液：精密称取FMTD标准品(中国药品生物制品检定所)0.0169 g于烧杯中，用冰乙酸5.0 mL溶解，移至50 mL容量瓶中，以水定容，摇匀，配成1.0×10-3mol/L的FMTD溶液，使用时用水逐级稀释。 Tris-HCl缓冲溶液(pH=7.10)：将50 mL 0.1 mol/L的Tris溶液与45.7 mL 0.1 mol/L的HCl混合均匀后，用水定容至100 mL，并于酸度计上校正其pH值。所用试剂均为分析纯。实验用水均为超纯水(18.3 MΩ·cm)。

1.2 CQDs的制备

根据文献方法[15]制备粒径均匀的CQDs。具体步骤如下：取木炭0.8000 g，加入200 mL 5 mol/L HNO3，置于圆底烧瓶中，于温度383 K下磁力搅拌回流8 h，将回流后的反应液过滤，得到上清液，用NaOH溶液调节溶液pH值至中性，再过滤，去除溶液中未完全反应的黑色木炭颗粒，得到褐色上清液，待用。强氧化性酸处理木炭主要起到两个作用：(1)有利于均匀分散碳纳米颗粒；(2)在碳颗粒表面引入羧基、羟基等基团，使颗粒表面具有亲水性，有利于聚合物修饰及CQDs的进一步应用。

1.3 FMTD的测定

在10 mL比色管中依次加入1.0 mL的CQDs原液，1.0 mL pH=7.1的Tris-HCl 缓冲溶液，适量的FMTD溶液，用超纯水稀释至刻度，摇匀。室温下放置15 min，用1 cm荧光皿，在λex=333 nm，扫描350～650 nm的发射光谱，于λem=450 nm处测定其荧光强度F，同时测定试剂空白的荧光强度F0，并计算荧光强度增强值△F=F-F0。

2 结果与讨论

2.1 荧光光谱

体系的荧光光谱如图1所示。由图1可知，CQDs最大激发波长为333 nm，次级激发波长为265 nm，荧光最大发射波长为450 nm。在一定量的CQDs溶液中，FMTD对CQDs的激发和发射光谱均产生增敏，随着FMTD浓度增大，体系荧光强度依次增加，FMTD浓度与体系的荧光增敏呈现良好的线性关系。

2.2 紫外吸收光谱

在8453型紫外-可见分光光度计上分别测定CQDs、FMTD、CQDs-FMTD溶液的紫外吸收光谱，结果如图2所示。由图2可知，CQDs的最大吸收波长为301 nm，FMTD的最大吸收波长位于266 nm，在301 nm无明显吸收。于CQDs溶液中加入一定浓度的FMTD后，体系于301 nm处吸收值明显增加。这说明FMTD与CQDs之间发生了相互作用，从而导致体系的吸收值增加。

2.3 实验条件的选择

2.3.1酸度及缓冲介质的影响CQDs的发光特性依赖于其表面性质，而其表面性质的变化与溶液pH值密切相关。试验了pH值对CQDs-FMTD体系荧光强度的影响，结果表明，pH值为4.35～10.38时，体系的△F随pH的增大先迅速增大后又逐渐减小，pH值为7.10达到最大，CQDs本身的荧光强度随pH的变化与上述类似，说明CQDs与FMTD作用前后，pH值对荧光强度的影响趋势无明显差异。

考察了不同缓冲体系：Na2HPO4-柠檬酸、Na2HPO4-KH2PO4、KH2PO4-NaOH、Tris-HCl和B-R对体系荧光强度的影响。结果表明，Tris-HCl缓冲溶液中，荧光增强程度最大，其适宜用量为1.0 mL，故实验选择加入pH=7.1的Tris-HCl缓冲溶液1.0 mL。

2.3.2碳量子点用量的影响当CQDs 用量为1.0 mL时，体系的荧光强度增强程度最大。

2.3.3表面活性剂的影响一般情况下，在荧光体系中，表面活性剂的加入对体系有增敏、增溶、增稳作用。在体系中加入不同的表面活性剂，十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、β-环糊精(β-CD)、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、吐温-80(Tween-80)等，实验结果表明，以上表面活性剂对体系的荧光增强程度均无影响，所以实验中选择不加任何表面活性剂。

2.3.4反应时间和体系稳定性试验研究了反应时间对体系荧光强度的影响。结果表明，CQDs与FMTD在室温下的相互作用需15 min左右能完成，荧光强度△F值在2 h内基本保持稳定。

2.4 线性范围、精密度与检出限

在优化的实验条件下，FMTD的浓度在8.0×10-9～1.0×10-7mol/L范围内与CQDs荧光强度的增加值△F呈良好的线性关系。其线性回归方程为：△F=1.8×109c+15.09，相关系数r为0.9993。对浓度为1.0×10-7mol/L FMTD标准溶液进行平行测定，求得其相对标准偏差(RSD)为0.23%(n=5)；对11份空白溶液进行平行测定，得出该方法的检出限(3s/k)为2.0×10-9mol/L。

2.5 干扰试验

在选定的实验条件下，研究了药物中常见的赋形剂和共存物质的干扰情况。当FMTD的浓度为1.0×10-7mol/L，相对误差在±5%以内时，1 000倍的葡萄糖、蔗糖、淀粉、Sr2+、K+、Ba2+，500倍的Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cu2+，50倍的Fe3+，10倍的Al3+不干扰测定。可见方法具有良好的选择性，可用于FMTD含量的测定。

2.6 样品分析

随机抽取FMTD市售药品片剂10片，准确称量，研细，精密称取相当于一片质量的粉末药品，用冰乙酸溶解，超声波助溶并定容至50 mL容量瓶中，过滤，吸取适量滤液稀释至所需浓度范围内。按实验方法操作，测定药片中FMTD含量，同时进行加标回收试验，测定结果如表1所示。

表1 药片中法莫替丁含量测定结果(n=5)

3 结论

以木炭为碳源，采用回流的方法制备了CQDs。基于FMTD对CQDs的荧光增敏作用，建立了以CQDs作为荧光探针测定FMTD的新方法。该方法灵敏度高、检出限低、简便快捷，应用于片剂中FMTD含量的测定，结果满意。