锰硅掺杂碳量子点的制备及其在维生素B6检测与抗菌应用中的创新研究

本研究针对维生素B6(VB6)检测方法存在的设备成本高、操作复杂等问题，开发了一种新型Mn,Si共掺杂碳量子点(Mn,Si-CQDs)荧光探针。通过水热法成功制备出具有优异荧光性能的纳米材料，实现了对VB6的高灵敏度检测（检测限0.037 μg/mL）和良好抗菌效果，为复杂基质中活性分子检测提供了新技术方案。

　　

在生命科学和健康医学领域，维生素B₆(VB₆)作为一种必需的水溶性维生素，在维持人体健康方面发挥着至关重要的作用。它不仅参与多种生理功能，包括抗炎、抗氧化、神经调节和抗肿瘤作用，还是维持上皮和粘膜正常功能的关键物质。然而，人体无法自主合成VB₆，必须从食物中获取，这使得对其在食品、保健品和药品中的准确检测显得尤为重要。

目前，VB₆的检测方法主要包括色谱法、质谱法和电化学方法等，但这些方法普遍面临设备维护成本高、需要专业操作技能、样品前处理步骤复杂等挑战。因此，开发一种成本效益高、结构稳定且用户友好的检测方法，以实现复杂基质中VB₆的高灵敏度检测，仍然是该领域的重要研究方向。

碳量子点(CQDs)作为一种零维碳纳米材料，凭借其尺寸小（<10 nm）、相容性好和显著的荧光特性，在生物传感领域展现出巨大应用潜力。特别是通过元素掺杂可以进一步优化CQDs的性能，其中锰(Mn)掺杂能够显著提高CQDs的荧光强度，增强光稳定性，而硅(Si)掺杂则可以改善化学稳定性。当Mn和Si共同掺杂时，可能产生协同效应，进一步优化材料性能。

在这项发表在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》的研究中，研究人员开展了一项创新性工作，以L-组氨酸、柠檬酸、高锰酸钾和四乙基硅酸盐作为碳源和Mn、Si源，通过水热法制备了Mn,Si共掺杂碳量子点(Mn,Si-CQDs)，并系统研究了其在VB₆检测和抗菌应用中的性能。

研究采用了多种关键技术方法：通过水热合成法制备Mn,Si-CQDs；使用透射电子显微镜(TEM)表征材料形貌和尺寸分布；采用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析材料表面化学组成和官能团；通过荧光光谱技术研究材料的光学性能和检测灵敏度；利用微生物培养和抑菌圈测定方法评估材料的抗菌活性。实际样品包括市售牛奶、酵母片和VB₆药物，均来自当地超市和药店。

研究结果方面，通过材料表征发现：TEM显示Mn,Si-CQDs呈球形且分散均匀，平均粒径为5 nm；FTIR和XPS证实了Si和Mn的成功掺杂，材料表面含有丰富的官能团；XRD表明材料具有类石墨烯结构。光学性能研究表明：Mn,Si-CQDs在紫外区有明显吸收峰，最大发射波长为408 nm，荧光量子产率达25.18%；材料在4°C下保存30小时仍保持荧光稳定性，在碱性介质中表现最佳。

在分析应用方面：Mn,Si-CQDs对VB₆表现出优异的选择性，在0.05-20 μg/mL浓度范围内与VB₆浓度呈良好线性关系（F₀/F=0.19311+0.03723C，R²=0.99882），检测限为0.037 μg/mL；实际样品检测中，酵母片和牛奶的加标回收率分别为94.21%和98.80%，VB₆药物含量测定结果为94.10%，与HPLC方法结果一致。

机理研究表明：通过Stern-Volmer曲线和紫外吸收光谱分析，证实VB₆对Mn,Si-CQDs的荧光猝灭为静态猝灭机制；荧光寿命测试显示加入VB₆前后寿命基本不变（τ₀/τ≈1），进一步支持了这一结论。

在生物活性方面：抗菌实验表明Mn,Si-CQDs对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、青霉(Penicillium)、大肠杆菌(Escherichia coli)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)均具有良好的抗菌效果，抑菌面积分别为130.29 mm²、257.99 mm²、137.84 mm²。

研究结论表明，本研究成功开发了一种新型Mn,Si-CQDs荧光探针，建立了简单、快速、灵敏的VB₆分析方法。该方法不仅为VB₆的检测提供了新的技术途径，还展现了Mn,Si-CQDs在抗菌应用方面的潜力，体现了多元素协同掺杂策略在纳米材料设计中的优势，为复杂基质中活性分子的分析检测和生物医学应用提供了重要参考。

这项研究的重要意义在于：其一，提出了Mn和Si共掺杂的协同增强策略，而非简单的性能叠加，为碳量子点的功能化设计提供了新思路；其二，开发的荧光检测方法具有高灵敏度和选择性，且成本较低、操作简便，适合实际应用；其三，发现了Mn,Si-CQDs的抗菌活性，拓展了碳量子点在生物医学领域的应用范围；其四，为维生素B₆的检测提供了一种新的技术方案，对食品安全和药品质量控制具有重要意义。