基于双发射碳点的纸基荧光传感器用于食品中铜离子的高灵敏检测

针对食品中Cu2+残留现场检测的可靠性难题，南京林业大学团队通过原位合成卟啉基双发射碳点（DE-CDs），构建了具有自校准功能的荧光纸基传感器（FPAD）。该器件通过比率荧光（495 nm/650 nm）实现Cu2+的超痕量检测（LOD 18.4 nM），并支持智能手机比色分析，在复杂食品基质中回收率达86-112%，为食品安全监测提供了便携解决方案。

　　

铜作为农业杀菌剂的核心成分，虽能有效防治作物病害，却因环境持久性在土壤和食物链中不断蓄积。世界卫生组织规定饮用水中铜含量不得超过2 mg/L，但传统检测方法如原子吸收光谱（AAS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）依赖大型设备且耗时，难以满足现场快检需求。荧光传感器虽具潜力，但现有纸基荧光器件（FPAD）存在信号漂移、基质干扰等问题。南京林业大学团队创新性地将卟啉分子（TCPP）与碳点技术结合，开发出兼具稳定性和可视化检测能力的双发射传感器。

研究采用两步法构建FPAD：首先通过硅烷化反应将TCPP共价锚定在纤维素纸上，随后以柠檬酸碳化合成双发射碳点（DE-CDs）。DE-CDs的495 nm（碳核发射）和650 nm（TCPP分子态发射）双峰特性，配合Cu²⁺诱导的配体-金属电荷转移（LMCT）效应，实现了比率荧光检测。关键技术包括：1）APTES硅烷化增强基底稳定性；2）EDC/HOBT介导的TCPP共价固定；3）原位碳化构建双发射体系；4）智能手机RGB分析算法开发。

主要结果

1. 结构稳定性验证：X射线光电子能谱（XPS）证实TCPP通过酰胺键与纤维素结合，加速溶剂萃取测试显示DE-CDs在纸基上的保留率超95%，显著优于物理吸附法。
2. 光学性能：DE-CDs的650 nm发射峰对Cu²⁺响应灵敏，而495 nm峰作为内参比，使检测限低至18.4 nM，动态范围覆盖0.05-100 μM。
3. 实际应用：在菠菜、苹果等样本中，FPAD抗基质干扰能力突出，回收率与ICP-MS结果一致（相对误差<8%），智能手机分析App的ΔB/G值与浓度线性相关（R²>0.98）。

结论与意义
该研究通过分子工程策略将TCPP的金属识别特性与碳点的光学稳定性完美融合，首次实现单荧光团双发射FPAD的构建。其创新性体现在：1）原位合成避免荧光团泄漏；2）自校准机制提升复杂基质中的可靠性；3）颜色渐变特性支持无仪器检测。这项技术为农药残留监测提供了符合"实验室-田间"全场景需求的解决方案，尤其适用于资源有限地区的食品安全防控。论文发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》，通讯作者Yuqian Liu（刘玉倩）团队的多学科交叉思路为环境污染物检测器件设计提供了新范式。