《Organic Electronics》：Dual-emissive carbon dots for detection of chloramphenicol in tap water
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碳点传感器用于高效检测饮用水中的氯霉素残留，通过荧光和室温磷光双重信号验证，检测限低至0.016 μM，回收率稳定（103.96%-98.18%），适用于环境监测。
阿卜杜拉泰夫·奥科德（Abdellateif Okkod）| 小明·杨（Xiaoming Yang）
西南大学药学院，中国重庆，400715
摘要
氯霉素是一种广谱抗生素，当其在水系统中作为残留物出现时，会持续引发人们的担忧，这既与其健康风险有关，也与监管限制有关；因此，开发简单可靠的检测策略具有实际意义。在这项工作中，我们设计了一种双发射碳点（CDs）传感器，用于监测自来水中的微量氯霉素。这些碳点是通过一步水热合成法使用氰尿酸和马来酸制备的；所得纳米材料具有强烈的荧光和室温磷光（RTP）特性。结构和表面分析表明其形态均匀，晶体结构稳定，并且表面具有适合传感应用的功能基团；在氯霉素存在的情况下，这些碳点的荧光和RTP光学信号会选择性减弱。这种减弱效应为我们提供了一种可靠的量化药物浓度的方法。我们计算出的检测限分别为：荧光法为0.016 μM，RTP法为约0.028 μM。当我们在添加了氯霉素的自来水中测试该方法时，回收率在103.96%到98.18%之间，相对标准偏差低于5%。实际上，这表明该系统既准确又具有较好的重复性。这里的双信号输出方式相当于内置的交叉验证，降低了假阳性的可能性。虽然其绝对精度可能还无法与高端色谱技术相媲美，但它看起来是一个实用且成本较低的选择，适用于常规筛查。对于环境监测而言，这种方法尤其有用，因为在环境中样品通常较为复杂，可靠性和灵敏度同样重要。
引言
基于碳的纳米材料因其显著的物理化学性质和广泛的应用而受到关注，尤其是在分析和测试领域[[1], [2], [3], [4]]。其中，碳点（CDs）作为一种发光的纳米级碳材料，在生化传感[5,6]、生物成像[7,8]、催化[[9], [10], [11]]和环境监测[12]等方面展现出巨大潜力，因为它们具有优异的水溶性、光稳定性和可调的光学性质[13,14]。最近，一类既能发出荧光又能产生室温磷光（RTP）的特殊碳点引起了越来越多的关注[[15], [16], [17]]。这些双发射碳点通过提供两个独立的信号通道[18,18]，显著提高了检测精度并减少了假阳性的可能性[19,20]。然而，由于三重态激子的快速失活和溶解氧的淬灭作用[21]，RTP碳点在水体系中的实际应用仍然受到限制，这些因素缩短了磷光的寿命并降低了信号稳定性[22,23]。因此，开发水稳定、长寿命的RTP碳点仍然是一个重要挑战。在各种环境污染物中，像氯霉素这样的抗生素由于在水生环境中的广泛使用和持久性而日益受到关注[[24], [25], [26]]。氯霉素是一种历史上用于人类和兽医医学的广谱抗生素[27]，但其过度使用和较差的生物降解性带来了严重副作用、毒素积累、水污染以及抗生素耐药性细菌的出现等风险[[28], [29], [30]]。饮用水中的微量氯霉素对生态系统有害，也威胁公共健康[31,32]。在这项工作中，我们致力于开发快速、灵敏且经济高效的监测工具。尽管高效液相色谱（HPLC）[33]和质谱（MS）[34]等方法非常准确，但它们耗时且对仪器要求较高，不适合现场检测[35,36]。为了应对这一挑战，我们开发了一种基于碳点的双模式传感器，用于检测自来水中的氯霉素。单模式传感策略（尤其是基于荧光的系统）在应用于实际水样时容易受到基质干扰、信号波动和背景自荧光的影响[37]。双模式传感通过提供两个独立且相关的信号，实现了内部交叉验证，提高了分析的可靠性。然而，许多报道的双模式平台存在信号独立性不足的问题，或者需要严格的实验条件来维持磷光[38]。本研究通过使用天然具有双发射特性的碳点，解决了这些问题，使得在常温条件和实际水样中能够可靠地进行荧光-磷光信号验证[39]。这些碳点是通过一步水热合成法使用氰尿酸和马来酸作为碳源制备的。所得碳点在水溶液中表现出强烈的蓝色荧光和蓝绿色室温磷光。我们通过TEM、XRD、XPS、FTIR和UV–Vis对其进行了表征，确认了其均匀的形态和表面功能基团。当暴露于氯霉素时，碳点的荧光和磷光信号显著减弱，从而实现了高灵敏度的双通道检测。在最佳条件下，氯霉素的检测限分别为0.016 μM（荧光）和0.028 μM（磷光）。在添加了氯霉素的自来水中进行的回收实验显示，回收率在103.96%到98.18%之间，相对标准偏差低于5%，证明了该方法的稳健性和可靠性。我们制作了一个示意图（图1），直观展示了通过一步水热合成氰尿酸和马来酸的方法、这些碳点的光学性质，以及它们在自来水中通过双模式信号减弱来检测氯霉素的机制。该图突显了这些碳点不仅在环境分析中的潜在用途，也在双信号纳米传感器领域的广泛应用。
化学物质和材料
氰尿酸、马来酸、氯霉素、甲醇、乙醇、二甲基亚砜（DMSO）、乙腈、氢氧化钠（NaOH）和盐酸（HCl）均购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。氯霉素购自比德制药（中国上海），磷酸盐缓冲盐水（PBS）片剂购自成都克罗恩化学品有限公司（中国成都）。所有试剂均为分析级，无需进一步纯化即可使用。
碳点的合成与基本性质
双发射碳点是通过一步水热合成法制备的，通过系统优化关键合成参数以最大化其荧光和室温磷光（RTP）的发射强度。研究了不同比例的氰尿酸和马来酸前体、反应温度（80–200°C）以及反应时间（2–8小时），以找到最佳条件。如图2B所示，使用0.5克氰尿酸和0.75克马来酸时，获得了最佳的光学性能（荧光和RTP）。
结论
在这项研究中，我们成功地通过简单的一步水热法使用氰尿酸和马来酸前体合成了双发射碳点（CDs），所得碳点在不同的pH值、离子强度、温度、光照和溶剂环境下均表现出强烈的荧光和室温磷光（RTP）发射。我们探索了这些碳点的双模式传感能力，用于检测多种物质。
CRediT作者贡献声明
阿卜杜拉泰夫·奥科德（Abdellateif Okkod）： 负责撰写初稿、方法学设计、数据分析、概念构建。
小明·杨（Xiaoming Yang）： 负责审稿与编辑、结果验证、项目管理、实验设计、资金筹集及概念构思。
声明与披露
作者声明与本文内容无关的任何利益冲突。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本工作得到了中国重庆市自然科学基金（CSTB2024NSCQ-MSX0417）的资助。
