基于三碘化物@氮掺杂石墨烯量子点的开关式荧光传感器用于果汁中半胱氨酸的超快速检测

研究人员针对果汁中半胱氨酸（Cysteine）检测存在的技术复杂、成本高的问题，开发了一种基于氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）的"开-关-开"荧光传感器。该传感器通过三碘化物@N-GQDs复合物的形成与解离实现荧光淬灭与恢复，可在10.0-300.0 μg L?1范围内线性检测，检出限低至3.0 μg L?1。与高效液相色谱（HPLC）相比，该方法具有响应快（ultra-fast）、成本低和环境友好等优势，为复杂样品中半胱氨酸检测提供了新思路。

　　

半胱氨酸（Cysteine）作为含硫氨基酸，在生物体内扮演着氧化还原反应和硫醇-二硫键交换的关键角色。果汁中的半胱氨酸含量不仅影响产品风味，还与氧化变质和营养失衡密切相关。然而，传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）、傅里叶变换红外光谱等存在设备昂贵、操作复杂等局限。为此，宋卡王子大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表研究，开发了一种基于氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）的新型荧光传感器，通过创新的"开-关-开"机制实现了果汁中半胱氨酸的高效检测。

研究采用水热法合成N-GQDs，通过拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）表征其结构特征，利用三碘离子（I₃^?）淬灭荧光形成triiodide@N-GQDs复合物，再通过半胱氨酸的还原作用恢复荧光。实验优化了pH值（7.4 THAM缓冲液）、反应时间（30秒）等参数，并验证了抗干扰能力（对17种氨基酸的选择性）。

化学和试剂
研究使用Sigma Aldrich的L-半胱氨酸和THAM缓冲液，东京化工的氨基酸标准品，通过紫外-可见光谱和荧光光谱分析证实：三碘离子通过氢键与N-GQDs的羧基结合导致荧光淬灭（"关"状态），而半胱氨酸的硫醇基可还原I₃^?恢复荧光（"开"状态）。

表征
拉曼光谱显示N-GQDs的D带（1300 cm^?1）和G带（1593 cm^?1）强度比（I_D/I_G=1.37）表明其存在边缘缺陷。XPS证实氮成功掺杂（N 1s峰占7.1%），荧光量子产率达18.6%。红外光谱证实triiodide@N-GQDs复合物中C=O键红移，证明氢键相互作用。

结论
该传感器在10-300 μg L^?1范围内呈线性响应，检出限3.0 μg L^?1，加标回收率83.4-105.5%。与HPLC相比，其优势在于：① 超快响应（30秒）；② 无需复杂前处理；③ 成本降低90%。研究首次提出阴离子（I₃^?）淬灭-硫醇恢复的"开-关-开"新机制，为食品质量监控和生物医学检测提供了创新工具。

讨论
Peerapong Chumkaeo和Opas Bunkoed指出，该技术突破传统金属离子淬灭的局限，通过阴离子介导的荧光调控拓展了GQDs应用场景。未来可进一步优化N-GQDs表面官能团以提高选择性，或开发便携式检测装置实现现场分析。这项研究为开发环保型生物传感器提供了重要范式。