高荧光性能的Ho、N共掺杂碳量子点在姜黄素检测中的应用：形态特征、作用机制、智能手机RGB显示技术及生物流体检测应用

《Inorganic Chemistry Communications》：Highly florescent Ho,N co-doped carbon quantum dots for sensitive and selective curcumin sensing: Morphology, mechanism, smartphone RGB and biofluid applications

姜黄素检测的钕氮共掺杂碳量子点荧光传感器研究，通过水热法合成具有408 nm发射峰的Ho,N-CQDs，建立线性范围0-62.4×10?? M、检测限19.4 nM的高灵敏度传感器，在尿血样本中回收率97.07%-101.1%，证明其选择性及实用性。

　　

宾杜·杜瓦（Bindu Dhuva）|乔蒂·杜汉（Jyoti Duhan）|桑吉塔·奥布赖（Sangeeta Obrai）

印度旁遮普邦贾兰达尔（Jalandhar）B·R·安贝德卡尔国立技术学院（Dr. B R Ambedkar National Institute of Technology）

摘要

在这项研究中，开发了一种高选择性的荧光探针用于检测姜黄素（Curcumin），在实际样品中显示出较高的回收率。水热法是一种简单且经济有效的方法，用于合成掺杂钬（Ho）和氮（N）的碳点（Ho,N-CQDs）。Ho,N-CQDs的最大发射波长为408纳米，激发波长为330纳米。使用了多种分析技术来表征制备的Ho,N-CQDs，包括透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光谱（UV-Vis）和光致发光光谱（PLS）。基于Ho,N-CQDs的荧光传感器能够成功检测水溶液中的姜黄素，其线性范围为0–62.4 × 10^?8 M，检测限为1.94 × 10^?8 M（19.4 nM）。特定的氨基酸、维生素和其他生化物质不会干扰姜黄素的检测，从而实现了高选择性。Ho,N-CQDs荧光开关传感器在尿液和血液样本中表现出出色的准确性和精确度，回收率在97.07%到101.1%之间。

引言

姜黄素是一种二芳基庚烷类化合物，属于天然酚类中的姜黄素类物质，它赋予姜黄黄色。这种互变异构体在有机溶剂中以烯醇形式存在，在水中则以酮形式存在[1]。细胞培养和动物实验表明，姜黄素具有抗增殖、抗氧化、抗炎、抗转移、保护肝脏、抗糖尿病、抗动脉粥样硬化、抗血栓和抗关节炎的作用[2]。姜黄素在水中的溶解度很低，pH 7.2时仅为0.00039 mg/mL，且在生理pH值（7–8）下其溶解度极低，这是限制其应用的主要因素[3]。通过消除这些限制因素可以提高姜黄素的生物利用度，同时减少其降解和代谢，从而增强其靶向癌细胞的潜力[4]。已经研究了多种策略来提高姜黄素的生物利用度，例如使用脂质体、纳米颗粒、吸收促进剂（如胡椒碱）或结构类似物。高效液相色谱（HPLC）[5]、带串联质谱检测（MS/MS）[6]、紫外-可见光谱和荧光光谱[7]以及电化学方法[8]等都是用于分析姜黄素的诊断技术。由于荧光方法的准确性、低成本以及良好的线性动态范围和检测限，近年来它们在研究荧光化合物和非荧光化合物时受到了更多关注[9][10]。因此，近年来荧光方法被用于测定某些生物、环境和药物化学物质[11][12]。由于其易用性、高灵敏度和快速响应时间，荧光检测方法成为首选[10]。最近使用多种新型纳米材料（如碳量子点（CQDs）[12]、金属量子点（MQDs）[13]、镧系纳米颗粒（LnNPs）[13][14]和半导体量子点（SQDs）[14]开发了姜黄素的荧光传感器。

近年来，碳量子点（CQDs）因其高荧光强度、良好的光稳定性、生物相容性和抗光漂白性而受到广泛关注。它们还被广泛应用于生物成像、生化分析、光电催化、食品分析等领域[16]。CQDs能够与金属和非金属元素共掺杂，这是其关键特性之一[17]。向碳基质中故意添加不同元素（称为共掺杂）可以增强其光致发光[18]、光学[19]和催化[20][21]性能。通过添加金属和非金属掺杂剂，可以改善CQDs的光学和电子特性，为各种应用创造新的机会[22][23]。

本研究探讨了共掺杂碳量子点（CQDs）的合成方法，特别是通过一步水热法将钬（Ho）和氮（N）掺入碳基质中。所得的Ho,N-CQDs表现出强烈的发光性能和高荧光发射强度。这些功能化的CQDs作为生物传感器显示出显著的应用潜力，对姜黄素的检测具有很高的选择性和灵敏度。此外，Ho,N-CQDs已成功应用于实际样品分析，证明了它们在复杂基质中的实际应用价值。

部分摘录

化学物质和药物

用于pH值调节研究的分析级化学物质（氢氧化钠NaOH和盐酸HCl）以及合成前体（如蔗糖、钬和尿素）均购自印度的Loba公司。印度化学公司Sigma Aldrich提供了姜黄素（Cumn）、色氨酸（Try）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Aln）、赖氨酸（Lys）、维生素B12（Vitb12）、尿酸、肾上腺素（Eph）、L-多巴、抗坏血酸、肌酐和芦丁。去离子水（DI water）来自Millipore Milli-Q装置

结果与讨论

XRD光谱表明，Ho,N-CQDs主要是非晶态的，具有少量石墨化有序结构。约26度的宽峰反映了碳量子点的石墨平面（002），但材料的非晶性质通过图2a中未出现尖锐峰而得到证实。此外，在2θ = 62°处观察到一个弱峰，代表石墨碳的（100）平面。这些峰表明，尽管它们具有纳米尺寸，

结论

总之，通过水热法成功制备了一种新型的高荧光功能性Ho,N-CQDs，并将其用作姜黄素检测平台。当在330 nm处激发时，合成的Ho,N-CQDs在408 nm处显示出强烈的发射峰，并在紫外光照射下呈现蓝色发光。通过TEM、XPS、AFM和FT-IR分析，确认水溶性Ho,N-CQDs呈球形，平均粒径为3.47 nm。

CRediT作者贡献声明

宾杜·杜瓦（Bindu Dhuva）：撰写初稿、验证、软件使用、资源准备、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。乔蒂·杜汉（Jyoti Duhan）：审稿与编辑、可视化制作。桑吉塔·奥布赖（Sangeeta Obrai）：审稿与编辑、指导工作。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者宾杜·杜瓦（Bindu Dhuva，23511108）感谢印度新德里教育部的慷慨财政支持。作者还感谢CIF LPU、MNIT贾伊普尔（MNIT Jaipur）、CIF PU、IIT贾姆普（IIT Jammu）和IIC NIT贾兰达尔（IIC NIT Jalandhar）在研究中所提供的多种表征方法的帮助。

宾杜·杜瓦（Bindu Dhuva）是印度贾兰达尔国立技术学院（National Institute of Technology, Jalandhar）化学系的博士研究生，在桑吉塔·奥布赖（Sangeeta Obrai）博士的指导下进行研究。她的研究重点是纳米材料的合成和功能化，及其在光学传感和药物递送中的应用。她在材料表征技术、纳米复合材料设计以及生物医学和环境应用的多功能系统开发方面具有专长。