双发射碳点作为比色荧光探针用于芦丁的检测

《Inorganic Chemistry Communications》：Dual-emission carbon dots as ratiometric fluorescence probe for rutin detection

　　氮硫共掺杂双发光碳点（N,S-CDs）通过一步水热法合成，其双发射峰（345 nm和435 nm）在305 nm激发下实现。槲皮素（RT）通过FRET机制特异性猝灭345 nm发射，形成自校准荧光探针，检测限0.14 μM，成功应用于血清、尿液及药片中RT的检测，具有高灵敏度和抗干扰性。

　　本研究提出了一种基于氮硫共掺杂双发射碳点（N, S-CDs）的比率荧光检测方法，以实现对芦丁（Rutin, RT）的高度灵敏检测。该方法通过一步水热法合成，使用邻苯二胺和磺基水杨酸作为前驱体，成功获得了具有双发射峰的N, S-CDs。在激发波长为305 nm的情况下，这些碳点分别在345 nm和435 nm处显示出两个清晰的发射峰。值得注意的是，当加入芦丁时，它能够通过荧光共振能量转移（FRET）机制选择性地猝灭345 nm处的发射峰，而435 nm处的荧光强度基本保持不变。因此，N, S-CDs的双发射特性使其成为一种内源自校准的比率荧光探针，可以有效地用于芦丁的检测。这种方法不仅在实验室条件下表现出良好的检测性能，还在实际样品如人血清、尿液和芦丁片中得到了验证，显示出较高的回收率和广泛的应用前景。

芦丁是一种天然的黄酮类衍生物，具有广泛的药理作用，包括抗炎、抗癌、抗氧化和抗衰老等特性。这些特性使其在多种健康状况的治疗应用中受到广泛关注。然而，临床试验表明，过量摄入芦丁可能导致一些副作用，如心律不齐、胃部不适、肝肾损伤、头痛、视力模糊和神经系统问题等。因此，在使用芦丁进行治疗时，严格控制剂量具有重要意义。为了确保治疗的安全性和有效性，监测血清和尿液中的芦丁浓度变得尤为重要，这在生物化学分析、临床用药管理以及治疗干预中都发挥着关键作用。

目前，已有多种方法被验证用于芦丁的检测，包括荧光光谱法、电化学分析和高效液相色谱法等。其中，荧光光谱法因其高灵敏度、操作简便以及易于实现可视化监测而受到特别关注。然而，大多数已报道的芦丁检测方法依赖于单一波长发射的探针，这使得它们在抗干扰能力方面存在不足，容易产生假阳性结果。因此，开发一种能够有效克服这些局限性的比率荧光探针具有重要意义。

比率荧光探针是一种利用两个或多个不同波长下的荧光强度变化来检测目标分析物的荧光探针。这些强度变化与目标分析物的浓度之间存在明确的关联性，是实现准确检测的关键。此外，比率荧光探针具有内在的自校准机制，能够有效减少系统误差，从而提高检测的灵敏度和抗干扰能力。这种特性使得比率荧光探针在实际应用中能够提供可靠且准确的数据，广泛应用于生物化学分析、细胞成像、环境检测和光催化等领域。

在本研究中，我们利用氮硫共掺杂双发射碳点的特性，设计了一种新型的比率荧光检测方法。这种碳点通过一步水热法合成，无需后续的化学改性或多种试剂耦合，从而简化了实验流程，提高了方法的可操作性和可重复性。合成的N, S-CDs在305 nm激发下，分别在345 nm和435 nm处显示出两个清晰的发射峰。其中，345 nm处的发射峰能够被芦丁选择性猝灭，而435 nm处的发射峰则基本保持稳定。这一现象使得N, S-CDs成为一种内源自校准的比率荧光探针，可以用于检测芦丁。

该方法在复杂基质中表现出良好的稳定性，能够准确地检测芦丁的浓度。实验结果显示，在0.5至60 μM的浓度范围内，荧光强度比值（F0/F0）与芦丁浓度之间存在良好的线性关系，检测下限为0.14 μM。此外，该方法在实际样品中，如人血清、尿液和芦丁片中，均表现出较高的回收率，证明其在实际应用中的可靠性。这些结果表明，基于N, S-CDs的比率荧光检测方法不仅具有较高的灵敏度，而且在抗干扰能力和实际应用中表现出色，显示出广阔的应用前景。

在合成N, S-CDs的过程中，我们使用了磺基水杨酸和邻苯二胺作为前驱体。这两种化合物在水热条件下发生反应，生成具有双发射特性的碳点。通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察，合成的N, S-CDs呈现出完美的球形结构和优异的分散性能。此外，其粒径范围在1.65 nm至4.12 nm之间，平均粒径为2.71 nm。这些物理特性使得N, S-CDs在光学性能方面表现出良好的稳定性，有利于其在实际检测中的应用。

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，我们确认了N, S-CDs表面存在多种功能基团，包括羧基、氨基和羟基等。这些功能基团的存在不仅有助于碳点的表面修饰，还增强了其与目标分析物的相互作用能力。此外，红外光谱显示，N, S-CDs的吸收峰分别位于3133 cm?1和3027 cm?1处，这些特征峰的出现进一步验证了碳点的化学组成和结构特性。

本研究的创新之处在于，利用双发射碳点的特性，设计了一种新的比率荧光检测方法，能够实现对芦丁的高灵敏度检测。该方法不仅简化了实验流程，还提高了检测的准确性和可靠性。通过对比实验，我们发现，当芦丁浓度增加时，345 nm处的发射峰强度逐渐降低，而435 nm处的发射峰强度基本保持不变。因此，荧光强度比值的变化能够直接反映芦丁的浓度，为检测提供了可靠的依据。

此外，该方法在实际样品中的应用表明，其具有良好的抗干扰能力和适用性。在人血清、尿液和芦丁片等复杂基质中，N, S-CDs的比率荧光检测方法均能够准确地检测芦丁的浓度，并且表现出较高的回收率。这些结果表明，该方法不仅适用于实验室研究，还具有实际应用的潜力，特别是在临床诊断和质量控制方面。

本研究的成果表明，基于氮硫共掺杂双发射碳点的比率荧光检测方法是一种具有高度灵敏性和可靠性的新方法。这种方法的开发为芦丁的检测提供了新的思路，并有望在未来的生物医学研究和临床应用中发挥重要作用。通过进一步的优化和改进，该方法可以被广泛应用于其他生物分子的检测，为相关领域的研究提供有力支持。

总的来说，本研究通过一步水热法合成了一种具有双发射特性的氮硫共掺杂碳点，并利用其比率荧光特性成功设计了一种新的检测方法。该方法在实验室条件下表现出良好的性能，并在实际样品中得到了验证。其高灵敏度、良好的抗干扰能力和较高的回收率，使得该方法在生物化学分析、临床用药管理和治疗干预中具有重要的应用价值。同时，该方法的简便性和可操作性，也为其在实际应用中的推广提供了便利。通过本研究的成果，我们不仅为芦丁的检测提供了新的工具，也为其他生物分子的检测方法开发提供了参考和借鉴。