利用碳量子点-环糊精复合物快速识别萘普生对映体的荧光传感器及其在生物成像领域的应用

《Chinese Journal of Analytical Chemistry》：Fluorescence sensor for rapid identification of naproxen enantiomers using carbon quantum dot cyclodextrin complex and its application in the field of biological imaging

　　开发了一种基于β-CD-CQDs的荧光纳米探针，用于快速识别和定量分析水中的萘普生异构体。通过光诱导电子转移（PET）机制，发现(S)-NAP的荧光恢复效率是(R)-NAP的两倍，实现选择性区分。传感器在复杂基质中表现优异，并成功应用于活细胞成像和斑马鱼体内检测，为环境监测和风险评估提供新方法。

　　
近年来，手性药物在环境中的残留问题备受关注。 naproxen（布洛芬钠）作为非甾体抗炎药（NSAIDs）的典型代表，其两种对映体在药理活性和毒性方面存在显著差异。活性体S- naproxen具有镇痛效果，而R- naproxen则被证实具有肝毒性。这种对映异构体的选择性检测对于控制药物残留和环境风险具有重要意义。然而，传统分析方法如高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS/MS）存在设备昂贵、操作复杂等缺陷，难以满足现场快速检测的需求。

基于环糊精包合技术的荧光探针研究为此提供了新思路。环糊精（β-CD）因其独特的腔体结构（直径约0.78纳米）和丰富的羟基、甲氨基等配位点，表现出优异的分子识别能力。碳量子点（CQDs）作为新型荧光纳米材料，具有无毒、高稳定性和可功能化等特性。将两者结合形成的β-CD-CQDs复合物，既保持了量子点的荧光特性，又赋予其手性识别功能。该复合物通过包合客体分子（如MB）形成荧光淬灭体系，当目标分子（naproxen对映体）竞争性置换MB时，荧光恢复程度与对映体种类相关，从而实现选择性检测。

实验发现，β-CD-CQDs探针在37℃、pH7.4条件下表现最佳。当35 μM的MB与探针结合后，体系达到荧光淬灭平衡。加入不同浓度的S- naproxen和R- naproxen后，S- naproxen的荧光恢复效率比R-型高约2倍，这源于其更优的包合能力。通过紫外-可见光谱和圆二色谱分析证实，对映体与β-CD的包合模式存在差异：S- naproxen的甲氧基朝向环糊精的宽口径，形成更稳定的氢键网络；而R- naproxen的构型导致包合能降低。这种结构差异直接影响了荧光恢复效率，使探针能够区分两种对映体。

在检测性能方面，该体系展现出0.5-380 μM的宽线性范围，检测限分别为0.10 μM（S-型）和0.18 μM（R-型）。抗干扰实验表明，即使存在十倍浓度的Na?、K?、Ca2?等离子或葡萄糖等干扰物质，仍能保持高选择性。特别值得关注的是，探针在细胞成像和活体模型（斑马鱼胚胎）中的应用验证了其实际应用价值。通过共聚焦显微镜观察发现，β-CD-CQDs探针能够特异性标记细胞内的对映体分子，且在活体成像中可实现荧光强度的定量分析。

该研究的创新性体现在三个方面：首先，通过环糊精的分子印迹效应实现对手性药物的选择性识别；其次，构建了基于光诱导电子转移的荧光淬灭-恢复检测体系，无需复杂仪器即可快速响应；最后，将材料设计与生物成像技术结合，为药物代谢研究提供了新工具。目前的应用场景主要局限于细胞培养和胚胎模型，未来可通过调控量子点发光波长（如引入红外发射材料）和增强探针生物相容性，拓展至组织切片和活体动物成像等复杂体系。

在环境监测方面，研究团队采集了汾河河水、污水处理厂出水、娃哈哈矿泉水、市政饮用水和校园湖水等典型样本进行验证。结果显示，所有样本中S- naproxen的回收率（90.2%-110.3%）均显著高于R- naproxen（92.8%-109.6%），且RSD控制在±4.17%以内，表明该方法具有良好的重现性和准确性。特别在污水处理厂出水中，S- naproxen的检测限达到0.10 μM，成功实现了痕量污染物的定量分析。

生物毒性测试表明，β-CD-CQDs探针在50 μg/mL浓度下对HeLa细胞的存活率仍保持在89%以上，且与竞争性淬灭剂MB共同作用时，细胞毒性更低。这种低毒性和高稳定性使探针适用于活体成像研究。在斑马鱼胚胎成像实验中，探针能够区分S-和R- naproxen的分布，荧光恢复强度与体外实验结果一致，证实了方法的体内适用性。

技术优化方面，研究团队系统考察了pH（最佳7.4）、温度（最佳37℃）、淬灭时间（35分钟）和恢复时间（25分钟）等关键参数。通过改变缓冲液离子强度和引入其他干扰物质（如谷胱甘肽、柠檬酸等），验证了探针的稳定性。稳定性测试显示，在4℃保存40天后，荧光强度衰减不超过3.74%，证实了探针的长期可靠性。

该研究为手性污染物的现场检测提供了新范式。与传统的色谱或光谱分析方法相比，基于环糊精-量子点复合物的荧光探针具有操作简便、成本低廉、无需专业设备等优势。例如，在污水处理现场，工作人员无需携带精密仪器，仅需将水样与探针混合，通过荧光强度的颜色变化（淬灭与恢复）即可初步判断污染物的种类和浓度。此外，探针体系的多功能特性（包合、淬灭、成像）使其在药物代谢研究、食品安全检测等领域具有广泛的应用前景。

未来研究可从以下方向拓展：首先，开发多色量子点探针，实现多种手性药物的同时检测；其次，通过引入金纳米颗粒等光学增强材料，提升荧光量子产率；最后，将探针体系与微流控芯片结合，构建便携式检测设备。这些改进将推动该技术从实验室研究向实际应用转化，为全球药物残留治理提供关键技术支撑。