高灵敏度红色荧光碳点传感器在环境与生物医学样本中铜离子和L-组氨酸同步检测的创新应用

针对传统Cu2+和L-His检测方法复杂、耗时的瓶颈，研究人员开发了基于红色荧光碳点(R-CDs)的"on-off-on"型传感器。该技术通过静态猝灭和竞争结合机制，实现Cu2+(检测限0.58 μM)和L-His(0.45 μM)的高灵敏同步检测，在环境水样和血液样本中回收率达95%-105%，为环境监测和临床诊断提供了简便高效的解决方案。

　　

在环境监测和临床诊断领域，铜离子(Cu²⁺)和L-组氨酸(L-His)的精准检测始终面临重大挑战。作为人体必需微量元素，Cu²⁺在15.7-23.6 μM浓度范围内维持生理功能，但超标会导致肝肾损伤；而作为关键氨基酸的L-His既是神经调节剂又是肾癌标志物，其异常水平与心脏病风险相关。传统检测技术如微芯片电泳和表面增强拉曼散射虽有效，却受限于设备昂贵、操作复杂等缺陷。

针对这些痛点，南宁师范大学的研究团队在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》发表创新成果。他们采用一锅法水热合成技术，以2,5-二氨基甲苯硫酸盐和4,5-二氟邻苯二胺为前体，制备出发射红色荧光的碳点(R-CDs)，其量子产率高达26.6%。通过"on-off-on"荧光响应机制，首次实现Cu²⁺和L-His的双目标检测——Cu²⁺通过静电作用猝灭R-CDs荧光，而L-His则通过竞争结合Cu²⁺恢复荧光信号。

关键技术包括：优化合成参数的量子产率调控、荧光光谱分析验证静态猝灭机制、实际样本(饮用水/血液/保健品)验证等。研究团队建立了完整的检测体系：

【Characterization of R-CDs】
通过透射电镜确认R-CDs的2.4 nm均匀粒径，X射线光电子能谱揭示其表面富含羧基和氨基。这些特性赋予材料优异的水分散性，并在650 nm处呈现强红光发射，有效规避生物组织自发荧光干扰。

【Detection mechanism】
荧光寿命测试证实Cu²⁺通过静态猝灭机制（形成非荧光复合物）使R-CDs荧光强度降低83%。加入L-His后，因组氨酸咪唑环与Cu²⁺的更强配位作用，荧光恢复率达91.2%，验证了竞争结合的理论模型。

【Practical applications】
在太湖水体检测中，加标回收率98.2%-102.7%；对人血清L-His检测结果与高效液相色谱法偏差<4.5%。传感器对20种氨基酸和15种金属离子表现出卓越选择性，在pH 5-9范围内性能稳定。

这项研究的突破性在于：① 创制红光发射CDs解决组织穿透难题；② 单传感器实现双分析物检测；③ 检测限优于WHO饮用水标准两个数量级。未来通过固相萃取等前处理技术优化，该传感器有望拓展至更复杂基质检测，为重金属污染防控和疾病诊断提供新工具。