基于龙葵源氮掺杂碳量子点的双重功能研究：抗菌剂与环丙沙星荧光探针的开发与应用

本研究针对抗菌药物耐药性及抗生素残留检测难题，开发了以龙葵(Solanum nigrum L.)为碳源、三乙胺为氮源的一步水热法合成氮掺杂碳量子点(N-CQDs)。该材料对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)展现出显著抗菌活性(MIC分别为1.2 mg/mL和1.1 mg/mL)，同时作为荧光探针实现了蜂蜜中环丙沙星(CIP)的高灵敏检测(LOD 316 nM)，为多功能纳米材料在生物医学和环境监测中的应用提供了新策略。

　　

随着"超级细菌"的全球蔓延和抗生素滥用问题加剧，世界卫生组织已将抗菌素耐药性列为十大公共卫生威胁之一。据统计，美国每年因耐药菌感染导致的死亡人数已攀升至3.5万例。与此同时，氟喹诺酮类抗生素环丙沙星(CIP)在食品中的残留问题也日益突出，国家标准规定蜂蜜中CIP残留不得超过100 μg/kg。传统检测方法面临仪器昂贵、操作复杂等瓶颈，而现有抗菌材料又存在效率不足或易产生耐药性等问题。

针对这些挑战，重庆市垫江县人民医院药学部联合重庆三峡医药高等专科学校附属人民医院等机构的研究团队，创新性地利用药食两用植物龙葵作为绿色碳源，通过一步水热法合成了具有双重功能的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)，相关成果发表在《Scientific Reports》上。研究人员采用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征材料特性，通过最小抑菌浓度(MIC)测定评估抗菌性能，并建立荧光增强法检测CIP。

主要技术方法
研究采用水热法(120°C, 6h)合成N-CQDs，通过透析纯化后冻干保存。抗菌实验选用E. coli JM109和S. aureus ATCC 6538标准菌株，采用MTT法测定细胞活性。荧光检测使用RF-5301PC分光光度计，在330 nm激发波长下记录发射光谱。实际样本分析选用市售蜂蜜进行加标回收实验。

结果

Characterization of N-CQDs
TEM显示N-CQDs呈单分散球形，平均粒径3.77 nm，晶格间距0.14 nm对应石墨烯(002)晶面。XPS证实材料表面存在C-N(286.4 eV)、C=O(288.5 eV)等官能团，FT-IR检测到3376 cm^-1处O-H/N-H特征峰。量子产率达12.7%，在pH 1.89-11.98范围内保持稳定荧光。

Antibacterial activity of N-CQDs
N-CQDs对S. aureus和E. coli的MIC分别为1.1 mg/mL和1.2 mg/mL，优于龙葵原液(25 mg/mL抗E. coli)。SEM显示处理后的细菌出现细胞壁破裂等形态学损伤。机制研究表明，带正电的N-CQDs(+21.6 mV)通过静电作用破坏带负电的细菌膜(S. aureus: -28.19 mV)，同时产生羟基自由基(·OH)引发氧化应激。

Fluorescence properties
N-CQDs在270 nm处显示π-π*跃迁吸收峰，最佳激发/发射波长为330/439 nm。与CIP作用后荧光显著增强，归因于氨基与羧基间氢键及电子转移效应。对CIP的检测线性范围为0.1-1 μM(R²=0.9991)，且不受40余种干扰物影响。蜂蜜样本回收率达98.6%-102.4%。

结论与意义
该研究开创性地将龙葵生物质转化为多功能N-CQDs，兼具抗菌和传感双重特性。相较于传统方法，其抗菌效果更显著且不易诱发耐药性(连续传代14代MIC稳定)，而CIP检测灵敏度(LOD 316 nM)优于已报道的肉桂源CQDs(6.06 μM)和西番莲壳CQDs(0.86 μM)。这种"绿色合成-抗菌应用-残留检测"的一体化策略，为应对抗生素耐药危机和食品安全监测提供了新思路，符合可持续发展理念。未来可通过表面修饰进一步优化性能，推动其在医疗器械消毒和现场快检领域的实际应用。