利用苦瓜果实绿色合成碳点，用于检测玉米和水椰子水中的激动素

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Green synthesis of carbon dots from Momordica dioica fruits for fluorescence sensing of kinetin in corn and coconut water

　　

摘要

本研究利用Momordica dioica的果肉合成了荧光碳点（CDs），这类碳点在365?nm的紫外灯照射下会发出蓝色荧光。所合成的荧光MDCDs的激发/发射波长分别为387/464?nm，量子产率为14.72%，并通过荧光光谱法、紫外-可见光谱法、X射线光电子能谱法、X射线衍射分析以及高分辨率透射电子显微镜技术对其进行了多种表征。以这些MDCDs为基质的荧光探针具有1个月的稳定性，可作为用于检测植物激素激动素的开关型荧光探针。在464?nm处的荧光强度随激动素浓度（0.5–80?μM）的变化呈现良好的线性关系，检测限可达0.34?μM。其他植物激素及无机物质的高浓度并不会显著影响该探针的荧光强度，这体现了MDCDs对激动素的选择性。所开发的基于MDCDs的荧光检测方法具有操作简单、便于携带的特点，能够在实际样品中以较高的选择性和回收率（椰子水中为91.07–91.74%，玉米中为92.17–97.47%）检测激动素，相对标准偏差低于2%。将蓝色荧光MDCDs与荧光光谱法结合，可为实际样品中激动素的检测提供简便的分析方案。

引言

将零维纳米材料如碳点、金属纳米团簇和钙钛矿与荧光光谱法相结合，能够提升检测痕量目标物的选择性、快速性及灵敏度（Liu等，2020；Xu等，2004）。在各类零维纳米材料中，被称为碳点的新型零维碳纳米材料因其在检测无机和有机分子方面的应用而受到分析科学领域的广泛关注。这类碳点通常为非晶态，呈类球形，不存在量子限制效应（Liu等，2020）。2004年，Xu等在纯化单壁碳纳米管的过程中首次发现了这类零维碳纳米粒子（Xu等，2004）。由于其独特的物理化学性质，如光致发光、尺寸小（2–10?nm）、水稳定性高、生物相容性好以及多表面功能性，这类零维碳纳米粒子已在众多科学和技术领域得到广泛应用。这些特性使得碳点成为生物成像（Atchudan等，2021）、传感（Zhong等，2020）以及电子学（Wang等，2019）等领域极具应用价值的探针。目前已有多种制备碳点的方法被报道，包括水热法（Wang等，2019）、溶剂热法（Zhang等，2021）、化学氧化法（Tao等，2012）、微波辅助法（Vadia等，2025a）、超声法（Zaib等，2023）以及碳化法（Shinde等，2025）等。为了使用绿色前驱体制备碳点，人们还采用了多种天然前驱体，比如来自Plectranthus scutellarioides叶子的植物源前驱体（Raval等，2025）、牛奶（Wang和Zhou，2014）这类动物源前驱体、微生物和食品副产品（Moradi等，2023），甚至是微塑料这类白色污染物作为前驱体（Lauria和Lizundia，2020），这些方法都能让碳点具有可调控的光学性质。因此，使用天然前驱体不仅为碳点的合成提供了成本更低、操作更简单的途径，也拓展了其在各类应用中的用途。人们还通过将这些前驱体与掺杂剂及表面钝化剂一起使用，并通过碳化处理来改善碳点的形态、尺寸及光学性能。为了改变碳点的光学性质和表面化学结构，从而优化其分析应用功能，向碳点中掺入杂原子已成为一种重要研究方向，这样的处理方式能够提升碳点的量子产率，进而提升其在药物递送、组织工程、生物成像以及化学/生物传感领域的应用价值。不过，将氮掺杂碳点用于检测农药和激素则是目前新兴的一项前沿应用。目前已有多种方法可用于向碳纳米结构中掺入氮原子，这些方法所使用的掺杂剂包括乙二醇和β-丙氨酸（Das和Dutta，2021）、二乙烯三胺和反式乌头酸经热解得到的物质（Yi等，2021）、天然前驱体和尿素（Magdy等，2025）、苝酐和芳香胺（Wu等，2024），以及6,9-二氨基-2-乙氧基吖啶乳酸（Kayani和Abdullah，2025）。因此，本研究旨在探讨氮掺杂碳点作为检测激动素的新型荧光探针的应用潜力，为开发出高效、低成本且快速的激素检测平台奠定基础。

在植物激素中，6-呋喃甲氨基嘌呤也就是人们常说的激动素，是一种天然存在的细胞分裂素，属于能够调控多种植物生理和发育过程的激素类别。最初，激动素是被发现为DNA降解的副产物（Barciszewski等，2007），但后来人们发现它具有刺激细胞分裂、促进叶绿体生长以及延缓多种植物衰老的作用（Ka?mierczak等，2023）。它在调控植物的诸多关键功能方面起着至关重要的作用，比如芽的生长、养分转运以及抗逆性，因此对植物的生长和农业产量具有重要意义（Ghazy等，2023）。近年来，激动素在植物生物学之外的领域也引起了人们的关注，有研究认为它具有抗氧化、抗衰老以及在哺乳动物系统中发挥治疗作用的潜力（Refat等，2021）。尽管激动素具有重要意义，但由于其在植物组织及农业样品中的含量较低，且结构与其他生物分子较为相似，因此准确、灵敏地检测激动素仍然是一项具有挑战性的任务，这也凸显出需要开发新的分析方法来检测激动素。

Momordica dioica，俗称刺葫芦或 teasel gourd，是葫芦科的一种多年生攀缘植物，广泛分布于印度次大陆地区（Talukdar和Hossain，2014）。它的果实可作为营养丰富的蔬菜食用，同时在传统医学中也被广泛用于治疗糖尿病、炎症、胃肠道疾病以及感染等疾病（Jha等，2017）。这些药用功效源于该果实中含有的多种生物活性植物化学物质，包括酚类、黄酮类、生物碱、皂苷、糖苷以及萜类化合物（Yadav等，2024）。M. dioica果实丰富的植物化学成分不仅具有药用价值，还为功能性纳米材料的制备提供了优质的生物质前驱体（Daniel等，2021）。该果实中富含碳元素及含有杂原子的化合物，同时还存在氨基、羧基和羟基等表面活性官能团，这些因素都有助于荧光碳点的形成。这类表面官能团能够提升碳点的荧光效率、稳定性，以及其与目标分析物的相互作用能力。

在本研究中，我们采用微波辅助法，以M. dioica的果实为原料制备了蓝色荧光MDCDs。在1.0?mM的激动素浓度下，这些MDCDs在464?nm处的荧光强度会出现明显减弱，且在0.5–80?μM的浓度范围内，其荧光强度与浓度呈良好的线性关系，由此可确定该方法的检测限为0.34?μM。重要的是，所制备的MDCDs能够有效排除其他植物激素及化学物质的干扰，充分体现了其对激动素的选择性。我们将这种基于MDCDs的荧光传感方法应用于椰子水及玉米样品中的激动素检测，结果显示其回收率在91.07–97.47%之间，这一结果证明该方法可作为一种新型的便携式分析工具，用于检测食品样品中的激动素。

章节节选

化学品与仪器设备

M. dioica的果实是从印度古吉拉特邦苏拉特附近的市场购买的。各种技术级别的植物激素，包括萘乙酸、赤霉素、玉米素、激动素、吲哚-3-乙酸以及6-苄氨基嘌呤，均购自Sigma Aldrich公司，而研究中使用的所有化学品均为分析级。所有实验均使用Milli-Q水进行。荧光光谱仪（Cary Eclipse，美国Agilent Technologies公司生产）被用于相关研究

MDCDs的表征

为评估MDCDs的光学性质，我们对它们的荧光特性及紫外-可见光谱特性进行了研究。所合成的MDCDs在365?nm的紫外光照射下会发出蓝色荧光，而在日光环境下则呈透明状。我们研究了MDCDs的激发光谱、发射光谱以及吸收光谱，并将其结果展示在图1中。为了解析MDCDs的稳定性，我们记录了从第1天到第60天的荧光光谱变化情况（见图S3），研究结果表明这些MDCDs的稳定性可维持30天左右

结论

本研究通过微波辅助法，成功以Momordica dioica的果实为原料合成了荧光MDCDs。我们将这些制备好的MDCDs与荧光光谱法相结合，用于高效定量检测椰子水及玉米样品中的激动素。研究表明，微波合成过程中的参数，尤其是微波功率为800?W以及反应时间为6分钟时，最有利于制备出具有良好光学性质的MDCDs。这些MDCDs表现出

CRediT作者贡献说明

Jamila Husain Kagdi：负责原始稿件的撰写、可视化处理、结果验证、方法设计、实验研究、正式数据分析以及数据整理工作。Vaibhavkumar N. Mehta：负责资源协调、正式数据分析以及数据整理工作。Sanjay Jha：负责结果验证、资金申请、正式数据分析以及数据整理工作。Suresh Kumar Kailasa：负责稿件的审阅与编辑、结果验证、研究指导以及概念构思工作。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究的开展得到了古吉拉特邦政府生物技术计划的财政支持，相关资助文件编号为GSBTM/JD(R&D)/662/2022-23/00292169，资助日期为2023年3月10日。JHK和SKK衷心感谢印度苏拉特SVNIT学院的院长，感谢他为这项研究的开展提供了必要的基础设施支持。

Jamila Husain Kagdi|Vaibhavkumar N. Mehta|Sanjay Jha|Suresh Kumar Kailasa

印度古吉拉特邦苏拉特395 007，萨达尔·瓦拉巴伊国立理工学院化学系