一步法微波辅助合成无毒、水溶性、蓝色发光的碳点：以玉米醇溶蛋白为原料用于细菌（微分芽孢杆菌）细胞成像

基于玉米蛋白的荧光碳点（ZCDs）通过微波辅助合成，具有3-4 nm的粒径、高量子产率（32%）和优异的稳定性，其表面负电荷特性（-11.6 mV）由FTIR和元素分析证实。ZCDs对非致病结核分枝杆菌（M. smegmatis）具有高荧光成像能力且不损伤细胞（>80%存活率），为微生物实时追踪提供了新探针。

　　

摘要

耐药结核病（TB）的日益普遍对全球健康构成挑战，现有的诊断技术无法满足临床需求。对微生物过程和宿主-病原体相互作用的成像研究为理解结核病耐药机制提供了重要见解。碳点（CDs）作为一种新一代成像剂，因其超小尺寸（1-10纳米）、优异的光稳定性和低细胞毒性而备受关注。本研究报道了一种环保的微波辅助合成方法，用于制备天然玉米蛋白衍生的荧光球形碳点——zein碳点（ZCDs），其尺寸为3-4纳米，这一结果通过透射电子显微镜（TEM）得到验证。ZCDs在280纳米处显示出紫外-可见光肩峰，在450纳米处具有强发射峰，量子产率为32%。X射线衍射（XRD）谱显示出一个中心位于2θ≈23°的宽峰，这是非晶碳的典型特征，表明其具有短程分子有序性。ZCDs的ζ电位为-11.6 mV，表明其表面具有稳定的负电荷，这一性质归因于表面的功能基团（O–H、N–H、C≡C、C═O），并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）得到了进一步确认。元素分析显示ZCDs中含有碳（C）、氧（O）、氮（N）、钠（Na）和硫（S）。此外，ZCDs被证明是有效的荧光探针，可用于成像细菌Mycobacterium smegmatis（Mycobacterium tuberculosis的非致病性替代品）。肉汤稀释实验证实ZCDs对M. smegmatis无毒性，在5 mg/mL的高浓度下仍能保持80%以上的细胞存活率。流式细胞术和显微镜观察显示ZCDs能够有效进入M. smegmatis细胞内部。ZCDs在细胞内部显示出明亮的蓝色荧光，证明其作为荧光纳米探针的有效性，具有追踪细胞过程和成像微生物细胞的巨大潜力。

图形摘要

通过微波辅助方法制备的蓝色荧光zein碳点（ZCDs）具有高光亮度、良好的水溶性、优异的光稳定性、高量子产率、易于功能化以及低细胞毒性，显示出作为微生物成像纳米探针的巨大潜力。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据可应要求向通讯作者索取。