《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Portable ratiometric fluorescent sensor based on chiral carbon dots for accurate detection of L-arginine and N-acetylcysteine in commercial dietary supplements
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化学与材料科学学院，渭南师范学院，中国陕西省渭南市朝阳街中段西侧，邮编714099
摘要
在膳食补充剂中准确定量L-精氨酸（L-Arg）和N-乙酰半胱氨酸（NAC）对于质量控制至关重
山山·魏 | 开心·胡 | 月琳·严 | 费菲·王 | 博阳·白 | 余峰·安 | 国英·孙
化学与材料科学学院，渭南师范学院，中国陕西省渭南市朝阳街中段西侧，邮编714099
摘要
在膳食补充剂中准确定量L-精氨酸（L-Arg）和N-乙酰半胱氨酸（NAC）对于质量控制至关重要，但传统的分析方法存在预处理繁琐、检测时间长以及缺乏现场筛查能力的问题。本文首次报道了一种基于手性碳点的便携式比率荧光传感器（D-NCDs@RhB），通过静态淬灭机制实现膳食补充剂中L-Arg和NAC的同时检测。在最佳实验条件下，L-Arg和NAC的线性响应非常优异，检测限（LOD）分别为95.08 nM和43.74 nM，低于以往报道的传感器。在商业膳食补充剂中的验证显示了出色的准确性（回收率97.24–103.27%，RSD ≤ 4.0%），并且与标准HPLC方法相比没有统计学上的显著差异（P > 0.05）。此外，集成的智能手机辅助传感平台利用RGB颜色分析实现了L-Arg和NAC的半定量可视化检测，适用于现场快速筛查应用。总体而言，这项工作为膳食补充剂中L-Arg和NAC的同时定量提供了新的策略，为基于手性碳点的传感器在营养质量控制方面的应用开辟了新途径。
引言
膳食补充剂有助于满足高风险人群的营养需求，但未经监管的补充剂使用增加了不良事件和意外掺假的风险[1]、[2]、[3]。因此，及时检测受污染的补充剂对于减少健康危害至关重要[2]。N-乙酰半胱氨酸（NAC）是一种含有巯基（-SH）的抗氧化营养补充剂，通过增加谷胱甘肽的含量并直接清除自由基来减轻氧化应激引起的细胞损伤，从而保护肝脏、呼吸系统、免疫系统和神经系统[5]、[6]。然而，长期过量使用NAC不仅会增加这些器官的代谢负担，还会损害其功能完整性[6]、[7]、[8]、[9]。L-精氨酸（L-Arg）是一种氨基酸补充剂，可促进一氧化氮的合成，从而扩张血管、改善血流、增强运动表现并支持心血管健康[10]。然而，过量或不适当的利用可能会带来低血压、血糖波动、痛风和高钾血症等风险[11]。鉴于L-Arg和NAC通过协同的NO-GSH抗氧化网络以及相互调节的尿素循环和硫代谢之间的代谢相互作用，它们的同时检测不仅具有基础研究价值，而且适用于现场膳食补充剂的质量控制[7]、[8]。
目前，已经开发了多种检测L-Arg和NAC的方法，包括高效液相色谱[9]、电化学方法[3]、[8]和比色法[11]、[13]。其中，荧光检测因其操作简单、响应迅速和高灵敏度而受到广泛关注[12]、[13]、[14]、[15]。然而，在复杂的微环境中同时检测多种分析物仍然是分析上的一个关键挑战，因为生物标志物的共存会显著影响传感性能[15]。因此，使用单一荧光探针进行多重检测不仅可以简化检测过程并降低成本，还能提高诊断测试的准确性和可靠性[16]、[17]、[18]。不幸的是，大多数荧光检测方法依赖于单通道响应（“淬灭/增强”模式），容易受到仪器参数、环境条件、探针浓度等因素的干扰[19]。相比之下，比率荧光传感器通过两个发射信号强度比的变化来响应分析物，可以有效消除由激发光源波动、局部环境变化和探针浓度差异等因素引起的干扰，在实际应用中表现出更高的灵敏度和准确性[17]、[18]、[19]、[20]。碳点（CDs）通常作为荧光响应信号，因为它们具有很强的抗光漂白性、优异的生物相容性以及通过表面修饰进行选择性分析物识别的高可定制性[23]、[24]、[25]。由于膳食补充剂中常见D-氨基酸等结构类似物，手性CDs的固有立体选择性可以进一步提高对L-Arg的识别特异性，从而减少来自非目标物质的交叉干扰[25]、[26]、[27]、[28]。同时，便携性是分析传感的一个关键趋势，将比率系统与基于智能手机的便携式平台集成可以实现实时信号采集和通过移动算法进行定量，为复杂基质中分析物的现场检测提供了可行的解决方案[19]。例如，刘等人开发了一种基于双发射CDs的比率荧光传感器，作为固态便携设备，实现了L-Arg的可视化定量分析[8]。Sadeghi等人提出了一种操作简便、灵敏度高且选择性强的CDs敏化传感方法，实现了NAC的准确定量检测[29]。尽管已有报道使用比率传感器单独检测L-Arg或NAC，但仍然缺乏适用于膳食补充剂复杂基质中L-Arg和NAC的同时且高度特异性检测的便携式传感策略，这难以满足现场质量控制的实际需求。
受这些挑战的启发，使用L/D-色氨酸（L/D-Try）作为氮源和手性来源制备了氮掺杂的手性碳点（L/D-NCDs）（方案1）。值得注意的是，在相同的激发条件下，D-NCDs的荧光量子产率（20.04%）显著高于L-NCDs（3.99%）。基于这一特性，构建了一种新型比率荧光传感器（D-NCDs@RhB），使用D-NCDs作为荧光响应单元，罗丹明B（RhB）作为内部参考荧光团，实现对L-Arg和NAC的高选择性检测。响应机制涉及L-Arg通过静电相互作用和氢键作用对D-NCDs的静态荧光淬灭，随后通过复杂解离实现显著的荧光恢复，这一点得到了理论密度泛函理论（DFT）计算的支持。利用D-NCDs@RhB的有利光学性质和稳定性，该策略进一步应用于实际膳食补充剂样品中L-Arg和NAC的便携式和可视化检测，显示出在膳食补充剂现场质量控制方面的巨大应用潜力，并降低了与未经监管的补充剂使用相关的健康风险。
章节片段
L-NCDs和D-NCDs的制备
简要来说，0.21 g L/D-色氨酸（L/D-Try）溶解在20 mL去离子水中，转移到一个50 mL PTFE内衬的高压釜中，在180°C下加热6小时。当初级CD样品冷却至室温后，以10,000 rpm离心10分钟以去除未充分反应的前体。随后，在500 Da透析袋中在磁力搅拌下透析12小时，以去除一些未反应的荧光小分子。最后，得到纯化的L-NCDs
L-NCDs和D-NCDs的特性
L-NCDs和D-NCDs是通过一步水热反应制备的，使用L/D-Try作为唯一的氮源和手性来源（图1a）。在远低于前体熔点（230°C）的制备温度（180°C）下，手性结构得到了部分保留（图S1）。通过TEM[30]、[31]表征了其形态和微观结构。如图1b和c所示，L-NCDs呈现球形形态，平均粒径为2.58 ± 0.36 nm。显然，D-NCDs
比率荧光传感器的构建和表征
虽然单组分D-NCDs探针显示出令人满意的灵敏度，但其单一发射信号容易受到实际样品检测中环境波动的影响，包括探针浓度变化、激发强度漂移和基质背景干扰，限制了其实际应用的可靠性。为了解决这一限制，通过静电相互作用使用带正电的罗丹明B（RhB）构建了一种选择性比率荧光传感器（D-NCDs@RhB）
结论
总之，通过简单的一步水热方法成功制备了氮掺杂的手性碳点（L/D-NCDs）。D-NCDs对L-Arg和NAC表现出选择性的荧光响应，从而构建了一种具有优异水溶性、光稳定性和抗干扰能力的比率荧光探针（D-NCDs@RhB）。基于D-NCDs与目标分析物之间的静态淬灭机制，所开发的传感器表现出出色的传感性能
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了陕西省教育厅资助的科学研究计划（项目编号：24JK0443）和渭南师范学院学科建设项目（资助编号：2025XKJS03）的支持。
