基于龙葵源磷掺杂碳点的抗菌应用及牛奶中环丙沙星荧光检测研究

本研究针对抗生素滥用导致的细菌耐药性问题，以龙葵(Solanum nigrum L)为原料，通过水热法合成磷掺杂碳点(P-CDs)，实现了对环丙沙星(CIP)的高灵敏度检测(检测限6.37×10-3 μM)及对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的广谱抗菌作用(MIC 0.27 mg/mL)，为食品安全监测和耐药菌感染防控提供了新型纳米材料解决方案。

　　

抗生素滥用引发的细菌耐药性已成为全球公共卫生危机，每年因耐药菌感染导致的死亡人数高达数百万。与此同时，食品中抗生素残留检测面临传统方法昂贵耗时、复杂基质干扰等技术瓶颈。碳点(CDs)作为新兴碳基纳米材料，虽在抗菌和检测领域展现出潜力，但仍存在发光波长受限、抗菌谱窄等问题。

针对这些挑战，来自重庆的研究团队创新性地以药用植物龙葵(Solanum nigrum L)为碳源，磷酸为掺杂剂，通过一步水热法成功制备出发黄绿色荧光的磷掺杂碳点(P-CDs)。这项发表于《LWT》的研究，不仅开发出兼具抗菌和检测功能的双效纳米材料，更为解决耐药菌防治和食品安全监测提供了新思路。

研究采用水热合成法制备P-CDs，通过TEM、XRD、FT-IR、XPS等技术表征材料特性；利用MTT法和肉汤微量稀释法评估抗菌活性；采用荧光光谱分析建立CIP检测方法；通过NBT还原实验和zeta电位测试探究抗菌机制；最后在真实牛奶样本中进行方法验证。

3.1 P-CDs的制备与表征
透射电镜显示P-CDs呈近球形，平均粒径4.84 nm，晶格间距0.15 nm对应石墨(002)晶面。XPS证实材料含52.85%C、39.56%O、3.99%N和3.6%P，其中P以P-C和P-O键形式存在。荧光光谱显示最佳激发/发射波长为330/425 nm，在pH变化、高盐和氧化条件下保持稳定。

3.3 抗菌性能研究
P-CDs对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)均为0.27 mg/mL。浓度依赖性实验显示1×MIC可完全抑制细菌生长。特别值得注意的是，连续传代14代后细菌仍未产生耐药性，这得益于P-CDs独特的双重杀菌机制：带正电的表面(+28.19 mV)通过静电作用破坏细菌膜结构，同时光激发产生的超氧自由基(•O₂^-)引发氧化应激。

3.5 CIP荧光检测
P-CDs对CIP表现出卓越的选择性，在0.01-0.1 μM范围内呈线性响应(R²=0.9996)，检测限低至6.37 nM。机制研究表明，CIP分子中的F、N原子与P-CDs表面羟基形成氢键，导致荧光寿命从1.80 ns缩短至1.69 ns的同时增强荧光强度。实际牛奶样本检测回收率达92%-102.33%，RSD<5.1%，满足检测要求。

这项研究开创性地将天然植物衍生的碳点应用于食品安全和抗菌领域。P-CDs不仅解决了传统抗生素易诱导耐药性的难题，其快速(5分钟)、高灵敏的CIP检测能力更弥补了LC-MS等方法的不足。尽管在长波长发光和抗真菌/病毒应用方面仍需突破，但研究提出的"双信号模态检测"和机器学习辅助分析等发展方向，为下一代智能纳米传感器的设计提供了重要参考。该成果对保障食品安全、遏制耐药菌传播具有重要实践价值。