1.3荧光量子产率的测定


Fe-CDs的荧光量子产率（QY）测定，以溶解于乙醇中的罗丹明6G（QY=95%）为参比溶液。Fe-CDs的QY由以下等式计算：

ΦS和ΦR分别代表Fe-CDs和参比溶液罗丹明6G的QY；n表示荧光发射峰的积分面积；A表示吸光度；η表示溶剂的折射率（水为1.33，乙醇为1.36）。为减小自吸收效应，限定激发波长下的吸光度A＜0.05（λex=488 nm，荧光发射范围λem为500 nm～650 nm）。


1.4 Fe-CDs荧光稳定性的测定


配置一系列浓度为0.1 mg/mL，pH=7的Fe-CDs溶液，分别加入10μL，0.1 mol/L的15种金属离子及17种氨基酸，测量并记录Fe-CDs的荧光强度变化，研究在生物体中共存物对Fe-CDs荧光的影响。


1.5 Fe-CDs检测pH的方法


配置浓度为0.1 mg/mL的Fe-CDs储备液及不同pH值（2～12）的BR缓冲溶液，将150μL Fe-CDs储备液分别分散到含2.0 mL不同pH值的BR缓冲液的比色皿中混合均匀。通过荧光分光光度计，扫描其发射光谱（λex=449 nm，λem=571 nm），测量并记录不同pH值的Fe-CDs的荧光强度。根据pH和Fe-CDs荧光强度值，通过玻尔兹曼函数拟合曲线，计算pKa值和检测pH的标准曲线。所有测量均重复3次。


1.6细胞毒性测试


通过MTT方法评估制备的Fe-CDs对人宫颈癌HeLa细胞的细胞毒性。首先将含细胞的96孔细胞培养板放在37℃，体积分数为5.0%CO2培养箱内孵育3 h。用200μL含有不同浓度的Fe-CDs和含有10%胎牛血清（FBS）的新鲜DMEM培养基再进行孵育24 h，记为实验组，每组至少含有6个平行样本。将未加入Fe-CDs处理过细胞记为空白组，随后在每个孔内加入20μL，5.0 mg/mL MTT试剂，进一步孵化5 h。移除培养基，加入150μL DMSO溶液，将混合物在室温下震荡10 min后用酶标仪测定在490 nm处混合物的光密度（OD）。细胞存活能力通过以下等式计算：


细胞存活率（%）=（OD实验组/OD对照组）×100%


OD实验组为加入Fe-CDs的细胞光密度，OD对照组为未加入Fe-CDs的细胞光密度。


1.7细胞成像实验


选用人宫颈癌HeLa细胞为模型，将浓度为0.1 mg/mL的不同pH值（pH=2，5，7）的Fe-CDs与HeLa细胞共孵育半小时，随后通过激光共聚焦显微镜对HeLa细胞进行细胞成像实验，观察在不同pH值下Fe-CDs对细胞形态及细胞内的荧光强度的影响。


2结果与讨论


2.1 Fe-CDs的形貌结构表征


本文以含有微量铁元素的生物分子血红素和邻苯二胺为前驱体，通过一步水热法制备了黄色荧光Fe-CDs，并通过多种分析手段表征了其粒径及结构。透射电子显微镜（TEM）图显示合成的Fe-CDs呈均匀的球形分散（图2a），平均粒径约为2.92 nm（图2b）通过高分辨率TEM图像（2a插图）可以看出Fe-CDs的晶格间距约为0.14 nm。通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）验证铁元素的掺杂量，结果表明Fe-CDs中掺杂的Fe元素的含量约为1.08%。由傅里叶变换红外光谱图（FT-IR，图2c）表征Fe-CDs的表面官能团结构，3384 cm-1附近明显的吸收峰对应O-H/N-H的伸缩振动；1713 cm-1、1499 cm-1、1273 cm-1和1154 cm-1的特征峰分别对应于羧基或酰胺基团的C=O、C=C、C-N及Fe-N的伸缩振动。Fe-CDs的多种吸收峰表明其表面含有氨基、羧基等多种亲水性能团，并且Fe-N的吸收峰再次证明铁元素的成功掺杂。

图2（a）Fe-CDs的TEM图；（b）Fe-CDs的粒径分布图；（c）Fe-CDs的红外光谱图；（d）Fe-CDs的X射线光电子能谱


通过X射线光电子能谱（XPS）验证Fe-CDs中元素组成，如图2（d）中出现四个特征结合能峰，分别位于285.6 eV、399.1 eV、532.0 eV和715.1 eV，表明Fe-CDs除H元素外还有C、N、O、Fe四种元素。高分辨率XPS谱显示，C 1s是由284.4 eV（C-C/C=C），285.6 eV（C-N），286.7 eV（C-O）和287.6 eV（C=O）四个特征峰构成的（图3a）。N 1s谱中显示了398.2 eV（N-Fe），399.5 eV（吡咯N）和401.2 eV（N-H）三个特征峰（图3b）。由图3C可以看出，O 1s谱是由531.3 eV（C-OH）和532.4 eV（C=O）两个特征峰构成的。Fe 2p谱中显示了碳点中Fe的710.1 eV（Fe 2p1/2）和726.1 eV（Fe 2p3/2）两个特征峰（图3d）。XPS光谱结果与红外光谱具有良好的一致性，进一步证明了铁元素的成功掺杂。

图3 Fe-CDs的高分辨X射线光电子能谱（a）C 1s；（b）N 1s；（c）O 1s；（d）Fe 2p