基于NCl-CQDs/DCIP荧光和比色的双信号传感平台，用于快速检测抗坏血酸（AA）

《Optical Materials》：A dual-signal sensing platform based on NCl-CQDs/DCIP fluorescence and colorimetry for the rapid detection of AA

氮-氯共掺杂碳量子点（NCl-CQDs）通过水热碳化法制备，具有低毒、热稳定、荧光性能优异和生物相容性好等特点。基于NCl-CQDs构建了“ON-OFF-ON”荧光传感系统及颜色指示体系，通过DCIP与AA的氧化还原反应实现荧光信号切换（470 nm处荧光淬灭/恢复）和颜色变化（棕黄→蓝→无色），检测限分别为0.68和0.55 μM，线性范围1.2-180.33 μM和1.32-166.55 μM。

　　本研究中，科学家们成功制备了一种新型的氮-氯共掺杂碳量子点（NCl-CQDs）。这种材料具有低毒性、良好的热稳定性、优异的荧光性能、生物相容性以及高灵敏度等特性。这些优点使得NCl-CQDs成为构建荧光传感系统的一种理想选择。在实验中，研究团队通过水热碳化的方法，使用葡萄糖（Glu）、乙二胺（EDA）和浓盐酸（HCl）作为原料，制备出了NCl-CQDs。

当使用390纳米作为激发波长时，NCl-CQDs的最大荧光发射波长出现在470纳米处，此时荧光信号处于“开启”状态。然而，当向NCl-CQDs溶液中引入2,6-二氯靛酚钠（DCIP）时，由于DCIP与NCl-CQDs之间发生了光诱导电子转移，导致荧光强度减弱，荧光信号被“关闭”。此时溶液的颜色从棕黄色变为浅蓝色，表明荧光信号处于“关闭”状态。随后，当将抗坏血酸（AA）加入NCl-CQDs/DCIP系统中时，AA与DCIP之间发生了特殊的相互作用，使得荧光信号重新恢复，荧光强度再次达到“开启”状态。同时，溶液的颜色从浅蓝色变为无色，这表明AA的加入使得整个系统发生了显著的变化。

基于上述现象，研究团队构建了一个“开启-关闭-开启”（ON-OFF-ON）的荧光传感系统以及一种色谱传感系统，用于检测AA。这种传感系统在检测过程中能够有效避免环境和系统误差引起的假阳性结果，从而提高检测的准确性和选择性。通过优化实验条件，研究团队实现了对AA的高灵敏度检测。具体而言，荧光传感器的检测范围为1.2微摩尔至180.33微摩尔，而色谱传感器的检测范围则为1.32微摩尔至166.55微摩尔。相应的检测限分别为0.68微摩尔和0.55微摩尔，显示出该方法在灵敏度方面的优势。

碳量子点（CQDs）作为一种新型的荧光碳纳米材料，因其独特的性质而在多个领域展现出广阔的应用前景。它们通常由分散的球形颗粒组成，尺寸极小，具有低成本、良好的生物相容性、荧光稳定性以及相对简单的合成步骤等优点。CQDs在生物传感、生物成像、光动力治疗、药物递送等方面均有重要的应用价值。随着研究的深入，CQDs被广泛用于构建各种传感系统，特别是在检测生物分子和金属离子方面表现出良好的性能。

然而，尽管CQDs具备诸多优势，要实现高性能的CQDs，仍面临一些挑战。例如，提高量子产率（QY）、增加活性位点的数量以及增强选择性等方面仍需进一步研究。为了改善CQDs的光学和化学性能，研究人员提出了异原子掺杂的方法。其中，氮掺杂的CQDs表现出较高的量子产率，有助于稳定表面缺陷并增强荧光发射。近年来，氮掺杂碳量子点（N-CQDs）在传感领域得到了广泛应用，如Kayani和Abdullah等人开发的双模式检测传感器，用于可视化检测Fe(III)和抗坏血酸（AA），展现出对金属离子和生物分子的高灵敏度和便携性。此外，Sahu等人构建的基于N-CQDs的“关-开”荧光传感器，用于检测天然产物中的Fe3?离子和AA，提供了一种简单且环保的痕量分析方法。

然而，单独使用氮掺杂可能无法满足某些特定性能需求，如特殊的催化反应或光学应用。因此，研究者们开始探索将氮与其他异原子共同掺杂的方法，例如N/S、N/B、N/F、N/P、N/Mg、N/Cu等共掺杂方式。这些方法能够进一步优化CQDs的性能，提高其在不同应用场景下的适用性。在这些共掺杂方法中，氮-氯共掺杂（NCl共掺杂）因其能够增强荧光发射、提高灵敏度以及调控量子点的光学和电学性质而受到广泛关注。

本研究中的NCl-CQDs是通过水热碳化方法制备的，使用葡萄糖、乙二胺和浓盐酸作为原料。这种制备方法不仅操作简便，而且能够有效控制材料的组成和结构，从而获得具有优良性能的NCl-CQDs。通过实验验证，NCl-CQDs在激发波长为390纳米时，其最大荧光发射波长为470纳米，表明其具有良好的荧光特性。当DCIP被引入到NCl-CQDs溶液中时，由于光诱导电子转移效应，荧光强度显著降低，导致荧光信号被“关闭”。此时溶液的颜色发生变化，从棕黄色变为浅蓝色，这一现象为检测提供了直观的视觉信号。

随着AA的加入，NCl-CQDs/DCIP系统中的荧光信号被重新激活，恢复到“开启”状态。溶液的颜色也随之改变，从浅蓝色变为无色。这种“开启-关闭-开启”的荧光信号变化不仅为AA的检测提供了可靠的信号，还通过颜色变化进一步增强了检测的可视化效果。因此，研究团队成功构建了一个基于NCl-CQDs的“开启-关闭-开启”荧光传感器和色谱传感器，用于AA的检测。

为了进一步验证NCl-CQDs的性能，研究团队对其进行了详细的材料分析。通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼散射光谱等手段，研究团队确认了NCl-CQDs的成功合成。TEM图像显示，NCl-CQDs具有极小的尺寸，良好的分散性和球形结构，这表明其在合成过程中形成了均匀的纳米颗粒。XRD分析则进一步证明了NCl-CQDs的晶体结构，而拉曼散射光谱则揭示了其表面的化学键合情况。这些分析结果为NCl-CQDs的结构和性能提供了坚实的理论基础。

此外，研究团队还对NCl-CQDs的荧光性能进行了系统的研究。实验结果表明，NCl-CQDs在特定的激发波长下表现出稳定的荧光发射，且其荧光强度受激发波长的影响较小。这种轻微的激发波长依赖性使得NCl-CQDs在实际应用中具有更高的稳定性。同时，NCl-CQDs的高灵敏度和良好的选择性使其在检测AA时表现出色。在荧光和色谱传感系统中，NCl-CQDs能够有效区分AA与其他可能干扰检测的物质，从而提高了检测的准确性。

在实际应用中，AA作为一种重要的营养物质，广泛存在于自然界中，对人体健康具有重要意义。AA具有强还原性，能够参与多种生物过程，如蛋白质、DNA和脂质的抗氧化作用。当人体缺乏AA时，可能会出现肢体无力、活力下降等症状，严重时甚至可能导致骨痛、骨质疏松等健康问题。因此，对AA的检测具有重要的实际意义，特别是在食品检测、医疗诊断和环境监测等领域。

目前，AA的检测方法主要包括电化学分析、化学发光、荧光光谱和色谱等。其中，荧光光谱因其操作简便、灵敏度高以及检测结果可视化等优点，受到了越来越多的关注。然而，传统的荧光检测方法仍存在一些局限性，如检测灵敏度不足、选择性较差以及对环境因素的依赖性强等。为了克服这些问题，研究者们不断探索新的检测方法，以提高检测的准确性和可靠性。

基于NCl-CQDs的“开启-关闭-开启”荧光传感系统和色谱传感系统，为AA的检测提供了一种新的解决方案。该系统不仅具有高灵敏度和良好的选择性，还能够有效避免环境和系统误差引起的假阳性结果，从而提高了检测的准确性。通过实验验证，该系统在检测AA时表现出优异的性能，其检测范围和检测限均优于传统方法，显示出其在实际应用中的潜力。

此外，研究团队还探讨了NCl-CQDs在其他领域的应用前景。由于其良好的生物相容性和荧光性能，NCl-CQDs在生物成像、药物递送和光动力治疗等方面也具有广阔的应用空间。未来的研究可以进一步探索NCl-CQDs在这些领域的具体应用，以充分发挥其在多个领域的潜力。

在本研究中，除了NCl-CQDs的合成与性能研究外，研究团队还对其他相关材料进行了分析。例如，葡萄糖、乳糖和麦芽糖等作为碳源，以及抗坏血酸、L-丙氨酸、L-半胱氨酸、L-苏氨酸、L-精氨酸、L-组氨酸、L-蛋氨酸、L-亮氨酸、L-丝氨酸、L-天冬氨酸、L-缬氨酸、L-异亮氨酸、柠檬酸、叶酸、多巴胺、维生素E和维生素B1等物质均被用于实验研究。这些物质在不同的检测条件下表现出不同的反应特性，为研究团队提供了丰富的实验数据，有助于进一步优化检测方法。

研究团队在实验过程中还考虑了多种因素，如反应条件、材料比例和检测环境等，以确保NCl-CQDs的合成和检测过程的稳定性。通过调整这些参数，研究团队能够获得最佳的检测效果，同时降低可能的干扰因素。这种系统化的研究方法不仅提高了实验的可重复性，还为后续的深入研究奠定了基础。

本研究的成果不仅为AA的检测提供了一种新的方法，还拓展了NCl-CQDs的应用范围。通过构建“开启-关闭-开启”荧光和色谱传感系统，研究团队展示了NCl-CQDs在复杂环境中检测生物分子的潜力。这种传感系统具有操作简便、检测灵敏度高、选择性好等优点，有望在实际应用中发挥重要作用。

总之，本研究成功制备了一种具有优良性能的NCl-CQDs，并构建了基于该材料的“开启-关闭-开启”荧光和色谱传感系统，用于检测AA。该系统不仅提高了检测的准确性，还通过颜色变化增强了检测的可视化效果。未来的研究可以进一步探索NCl-CQDs在其他生物分子检测中的应用，以拓展其在多个领域的潜力。此外，研究团队还强调了该研究在推动新型荧光材料开发方面的意义，为后续的科学研究和实际应用提供了新的思路和方法。