《Food Bioscience》：Smartphone-assisted sensing of vitamin B9 and B12 using a novel fluorometric and spectrophotometric dual-mode sensor with sulfur-doped carbon quantum dots
编辑推荐：
摘要
本文介绍了一种新型的硫掺杂碳量子点（S-CQDs），通过简便的水热法制备而成，其中使用了罗丹明B（RhB）和β-巯基乙胺（β-MEA）作为前体。这些S-CQDs可作为荧光和分光双模式传感器，用于检测维生素B9（VB9）和维生素B12（VB12）。加入VB
摘要
本文介绍了一种新型的硫掺杂碳量子点（S-CQDs），通过简便的水热法制备而成，其中使用了罗丹明B（RhB）和β-巯基乙胺（β-MEA）作为前体。这些S-CQDs可作为荧光和分光双模式传感器，用于检测维生素B9（VB9）和维生素B12（VB12）。加入VB9后，460和572纳米处的荧光强度变化趋势相反；而加入VB12则显著抑制了这两个波长的荧光信号。荧光抑制的主要机制是内部滤光效应。此外，还开发了一种基于智能手机的视觉检测方法，该方法利用探针在VB9和VB12（0–100 μM）存在下的紫外光响应颜色变化来进行检测。实验结果表明，该纳米传感器对VB9和VB12具有较高的选择性及灵敏度。实际应用中成功展示了其在食品样本检测中的有效性。总之，这种传感方法具有较好的环保性、易用性和实用性。
引言
维生素B复合体是一组八种水溶性维生素，对维持人类健康起着关键和协同作用，例如维生素B9（VB9，叶酸）和维生素B12（VB12）（Guo et al., 2024; ?liwiński & Gawlik-Kotelnicka, 2024）。VB9是核酸生物合成所需的辅因子，从而促进DNA/RNA的形成及细胞分裂和生长（Wang, Jiang, et al., 2025）。VB12是唯一一种需要胃壁细胞分泌内在因子来辅助吸收的维生素，它在预防恶性贫血和维持神经系统完整性方面至关重要（Devi et al., 2020; Sharma et al., 2025）。当然，使用这些维生素时应保持平衡。肾脏是维生素B的主要排泄途径，过量摄入可能损害肾功能，表现为尿液发黄、水肿和急性肾损伤。此外，过量VB12还可能引发心悸、头晕和面色苍白等神经系统症状。过量VB9可能掩盖维生素B12缺乏的症状，延迟恶性贫血的诊断（Bonetti et al., 2017; Haddad et al., 2020; Zhang et al., 2025）。从健康角度来看，建立快速准确的维生素B9和VB12检测方法非常重要。目前，已有多种检测策略被应用于VB9和VB12的分析，如高效液相色谱（HPLC）（Jastrebova et al., 2003; Li et al., 2000）、酶联免疫吸附测定（ELISA）（Kong et al., 2017; Moshcheva et al., 2025）、表面增强拉曼光谱（SERS）（Wu et al., 2016）、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）（Vishnumohan et al., 2011）、电化学方法（Bakhsh Raoof et al., 2015; Bandyopadhyay et al., 2024; Hadi Parvin et al., 2018; Sharma et al., 2020; Xu et al., 2023）、分光光度法（Nghia et al., 2020; Wang et al., 2023）和荧光法（Cai et al., 2024; Chau et al., 2023; Huang et al., 2022; Li et al., 2019; Pourreza et al., 2017; Yang et al., 2020）。尽管这些传统分析方法具有较高的灵敏度、特异性和准确性，但仍存在仪器昂贵和样本预处理繁琐等缺点（Liu et al., 2025）。鉴于荧光分析操作简便、响应迅速且灵敏度良好，它在环境监测、食品安全和公共卫生监测中得到了广泛应用。有效的探针开发是荧光分析的核心。探针的荧光信号会因特定传感机制或与目标分析物的化学反应而发生变化，从而实现分析（Cai et al., 2026; Deng et al., 2026）。
碳量子点（CQDs）是一类尺寸通常小于10纳米的碳基纳米材料，由Xu等人于2004年首次报道（Xu et al., 2024, Xu et al., 2024）。CQDs通常具有准球形核壳结构，包含一个由sp2/sp3杂化碳组成的芳香核和外部碳质壳层。表面官能团使其具有良好的水溶性和生物相容性（Zhang et al., 2024）。此外，CQDs的易功能化使其在环境监测、化学传感、生物成像和荧光薄膜制备等多种应用中具有潜力（Wang et al., 2024）。已有研究利用CQDs检测VB9和VB12，例如我们的团队使用苯二胺和抗坏血酸作为前体制备了亮蓝色荧光的N-掺杂碳点（N-CDs）（Cai et al., 2024），其416纳米处的荧光信号可被VB9抑制。线性检测范围和检出限（LOD）分别为0.5–200 μM和0.079 μM。Liu等人基于静态熄灭效应（SQE）和内部滤光效应（IFE）开发了用于检测VB9的荧光N-CDs（Liu et al., 2022, Liu et al., 2022）。Wang等人开发了同时检测Fe3?和VB9的N-CDs（Wang et al., 2023）。Huang等人合成了用于检测VB12的O-掺杂碳点（O-CDs），其线性检测范围为0.05–200 μM，并在实际样本中获得了97.9–108.8%的回收率（Huang et al., 2022）。Chen等人通过一步水热法制备了B-掺杂碳点（B-CDs），其荧光信号可被VB12通过电子转移减弱（Chen et al., 2024）。然而，大多数CQDs仅具有单一发射波长，易受光源波动、荧光探针浓度和仪器灵敏度的影响。
为克服这些限制，具有两种不同独立发光特性的双发射荧光探针在高级生物分析应用中受到广泛关注。这类探针利用两个独立发光带的自校准强度比，能有效抑制生物样本中的自发荧光背景，对环境变化（pH值、温度、激发强度）具有优异的抗性，并在复杂的生物系统中保证高度可靠的定量性能（Li et al., 2026; Wan et al., 2025; Zhao et al., 2025, 2026）。因此，比率荧光传感器的开发吸引了大量研究人员的关注。比率荧光探针在视觉分析中具有显著优势，为现场资源和条件受限环境下的目标分析物定量检测提供了有力手段。近年来，随着移动应用的快速发展，基于智能手机的视觉测量平台被广泛用于多种分析物的检测（Liu and Xiao et al., 2022; Xu and Xiao et al., 2024; Huang et al., 2025; Chen et al., 2025; Chen et al., 2026）。例如，Cheng等人提出了一种镧系双金属有机框架（Eu?.?T?.?-DBT）用于检测环丙沙星，其荧光颜色变化（从红色变为绿色）作为检测依据（Cheng et al., 2025）。Wang等人设计了一种基于金纳米簇和二氧化硅包覆碳点（AuNCs/CDs@SiO?）的比率荧光探针，可用于Cu2?和氯喹的“开-关”检测，具有明显的荧光颜色变化（Wang, Jiang, et al., 2025）。Alaseem等人制备了红色发光的氮硫掺杂碳点（RNS@CDs），用于特异性和灵敏地检测Co2?和托泊替康，实际应用中效果良好（Alaseem et al., 2024; Safaei et al., 2025）。据我们所知，现有的VB9和VB12检测方法多为单模式，或分别检测其中一种。
本文采用罗丹明B（RhB）和β-巯基乙胺（β-MEA）作为前体，制备了一种新型的基于硫掺杂碳量子点（S-CQDs）的比率荧光和分光双模式传感器（方案1）。该探针能够以优异的灵敏度和选择性检测VB9和VB12。加入VB9后，460纳米处的荧光强度增加，而572纳米处的荧光强度减弱；加入VB12则显著抑制了这两个波长的荧光信号。此外，S-CQDs还被开发为用于VB9和VB12检测的比率分光传感器。实际应用中验证了其在橙子、柚子和柠檬样本中的有效性，并研究了荧光减弱机制和测量原理。利用颜色识别软件获取RGB（红、绿、蓝）值，通过数字化图形处理实现VB9和VB12的可视化检测。多模式分析方法表现出良好的线性范围、较低的检出限（LOD）、较低的检测复杂性和良好的重现性。总之，本文为碳量子点的开发提供了新的视角，并展示了食品样本中维生素B化合物的实时检测方法。
章节片段
S-CQDs的制备
根据相关文献，S-CQDs通过一步水热法制备，只需简单处理（Safaei et al., 2025）。首先将100毫克RhB和50毫克β-MEA加入15毫升超纯水中，搅拌20分钟后，转移到高压釜（50毫升）中，在200°C下加热6小时。冷却至25°C后，用0.22微米滤膜过滤产物溶液。接着进行透析操作。
表征
通过透射电子显微镜（TEM）分析了S-CQDs的形态。从TEM图像（图1a）可见，S-CQDs在水中具有较好的分散性，呈近球形，平均粒径为1.8纳米（插图图1a）。原子力显微镜（AFM）也有助于验证TEM结果，图1b显示S-CQDs分布均匀，无聚集现象，粒径为1.3纳米。随后利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进一步研究其性质。
结论
总之，通过水热法成功制备了基于S-CQDs的比率荧光和分光纳米传感器，可用于检测VB9和VB12。添加VB9和VB12后，荧光抑制机制归因于内部滤光效应（IFE）。该传感器作为比率分光模型，可用于VB9和VB12的检测。此外，将S-CQDs集成到智能手机系统中，实现了VB9和VB12的视觉和定量检测。
CRediT作者贡献声明
蔡志峰：概念设计、数据整理、资金获取、软件开发、初稿撰写及审阅编辑。 袁敏：软件开发、审阅编辑。 冯亚轩：软件开发。 张家祥：软件开发。 赵旭新：软件开发。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
感谢山西省青年科学基金（项目编号20210302124210, 20220302122247）和太原师范学院大学生创新计划（项目编号CXCY2438, CXCY26034）的财政支持。
