基于铈氮共掺杂碳点的可逆光致发光探针用于Fe3+和焦磷酸根离子的"开-关-开"双检测及其活细胞应用

本研究通过水热法合成铈氮共掺杂碳点（Ce-N-CDs），构建了一种高灵敏度、可逆的"开-关-开"型荧光探针，实现了对Fe3+（检测限34.6 nM）和焦磷酸根（PPi，25.4 nM）的双重检测，并在活细胞成像中验证了其生物相容性，为生物医学诊断和环境监测提供了新型纳米传感平台。

　　

【研究背景】
铁离子（Fe³⁺）作为人体必需元素，其浓度失衡会导致贫血、血色素沉着症等疾病；而焦磷酸根（PPi）则与关节炎、肾衰竭等病理过程密切相关。传统检测方法面临灵敏度不足、不可逆检测等瓶颈。碳点（Carbon dots, CDs）虽具有低毒性、荧光可调等优势，但普通CDs存在量子产率低、选择性差等问题。维尔洛尔理工学院的研究团队创新性地将稀土金属铈（Ce）引入碳点基质，开发出兼具高灵敏度和可逆检测特性的纳米探针。

【关键技术】
研究采用水热法一步合成Ce-N-CDs，通过紫外可见光谱（UV-Vis）、光致发光光谱（PL）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）进行表征。细胞实验使用HCT-116结肠癌细胞系，通过共聚焦显微镜验证活体检测能力。

【研究结果】

1. 光学特性：Ce-N-CDs在553 nm处呈现黄色荧光（激发波长397 nm），量子产率达17.2%，粒径3.62±0.2 nm。XPS证实Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对的存在，FT-IR显示表面富含羧基和氨基。

2. 稳定性验证：探针在pH 3-11、高盐浓度（1 M NaCl）和紫外照射下保持荧光稳定，储存28天后仍保留92%初始强度。

3. 检测性能：Fe³⁺通过静态猝灭机制使荧光猝灭（K_sv=1.7×10⁴ M^-1），PPi则通过竞争配位恢复荧光。线性范围分别为0.1-100 μM（Fe³⁺）和0.05-80 μM（PPi），且能循环使用6次。

4. 细胞应用：CCK-8实验证实Ce-N-CDs在200 μg/mL浓度下细胞存活率>90%，共聚焦成像成功监测细胞内Fe³⁺/PPi动态变化。

【结论与意义】
该工作首创的Ce-N-CDs探针解决了传统传感器不可逆、生物相容性差等难题，其创新性体现在：（1）稀土掺杂策略将量子产率提升至17.2%；（2）建立"on-off-on"双检测模式；（3）实现活细胞原位监测。研究成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，为疾病诊断和环境检测提供了新型工具，特别在关节炎、癌症等疾病的早期筛查方面具有转化潜力。作者Sonaimuthu Mohandoss团队强调，这种"一石二鸟"的设计思路可拓展至其他金属-配体系统的检测。