《Food Chemistry》：A ratiometric fluorescence and smartphone-assisted dual-mode sensing platform based on dual-emissive carbon quantum dots for highly sensitive and visual monitoring of ciprofloxacin in food samples
编辑推荐：
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双发射碳量子 dots (DE-CQDs) 是通过水热法制备的。
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基于 DE-CQDs
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双发射碳量子 dots (DE-CQDs) 是通过水热法制备的。
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基于 DE-CQDs 的双模式传感器被用于环丙沙星 (CIP) 的检测。
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该传感器具有制备简单、成本低、准确性和灵敏度高的特点。
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该双模式传感器已成功用于食品样品中 CIP 的检测。
引言
环丙沙星 (CIP) 作为一种合成的第三代氟喹诺酮类抗生素，由于其广谱抗菌特性和强大的杀菌效果，在畜牧业中被广泛使用。它被用来治疗动物的细菌感染，促进动物生长，并提高繁殖效率 (Aymard et al., 2022; Cháfer-Pericás et al., 2010)。然而，CIP 在生物体内不易完全代谢。长期过量服用或不当使用可能导致动物源性食品中残留过多的 CIP。更严重的是，这些残留的 CIP 可能通过食物链传递并在人体组织中积累，引发过敏反应、胃肠道疾病（如恶心、呕吐、腹泻）、肝毒性以及不良神经系统症状（如头痛和失眠）(Antunes et al., 2024; Zhang et al., 2021)。鉴于此，世界各地的监管机构已经制定了严格的残留限量要求，规定动物源性食品（如肉类和牛奶）中 CIP 的最大残留限量 (MRL) 为 100–300 μg/kg (Y. Dong et al., 2024)。为了减轻 CIP 不当使用带来的公共卫生风险，开发高度灵敏、经济高效且快速的分析方法以现场检测 CIP 成为确保食品安全和保护人类健康的紧迫任务。
目前，用于检测 CIP 的主流分析技术包括毛细管电泳 (CE) (Liang et al., 2023)、表面增强拉曼光谱 (SERS) (Yang, Chen, et al., 2023; Zhang, Tang, et al., 2024)、高效液相色谱 (HPLC) (Lee et al., 2023; Y.-H. Pang et al., 2021; Xu et al., 2020)、电化学 (EL) (Li, Zhang, et al., 2025; Shepa et al., 2025) 和酶联免疫吸附测定 (ELISA) (Wang, Li, et al., 2021)。然而，这些方法在快速现场筛查方面都存在显著的限制。HPLC 和 CE 需要体积庞大、精密的仪器，样本预处理复杂，分析时间较长，不适合便携式现场分析。传统的 SERS 基质信号重复性差，纳米材料容易聚集并失去传感活性，导致在复杂样品基质中的定量准确性有限。EL 传感器受有机物质污染的影响，电极稳定性不足，且缺乏标准化的现场校准，导致检测重复性不佳。ELISA 中使用的生物抗体在室温下稳定性差，容易降解，容易受到基质干扰而产生假阳性或假阴性结果。此外，所需的恒温孵育步骤限制了其在外部快速检测中的应用。因此，传统分析技术无法同时满足现场检测的多个要求，如设备小型化、操作简便、响应迅速、抗干扰能力强和成本低。相比之下，基于荧光的方法因其操作简便、经济高效、响应速度快和出色的视觉读数性能而被广泛采用。然而，大多数现有的 CIP 检测荧光传感器仅依赖单一发射信号作为检测输出 (Fu et al., 2021; S. Wang et al., 2017; Zhang, Yang, et al., 2024)。这类传感器容易受到外部因素的干扰，包括背景噪声、系统微环境变化和实际样品的复杂性，这大大限制了其在实际应用中的效果 (Guo et al., 2023; Wang, Zhang, et al., 2022)。相比之下，比色荧光传感器利用两种荧光发射信号的比例作为检测输出。这种设计具有很强的自我校准能力，可以有效消除外部干扰并显著提高检测准确性 (Zhang, Su, et al., 2024)。此外，比色荧光传感器表现出更宽的荧光颜色变化范围，有利于实现视觉检测 (Deng et al., 2024; Zheng et al., 2025)。因此，开发用于 CIP 检测的比色荧光传感器具有重要的实际应用价值。
在过去几年中，碳量子 dots (CQDs) 由于其优异的性能而成为一种有吸引力的荧光碳纳米材料，包括可调的光致发光、低合成成本、良好的水溶性、低生物毒性、良好的生物相容性以及显著的光化学稳定性 (Jiang et al., 2024; Rui et al., 2023)。这些优越的特性使 CQDs 在多种领域展现出广阔的应用潜力，如荧光传感 (L. Z. Liu et al., 2023; L. Z. Liu et al., 2024)、生物成像 (Song et al., 2025)、药物递送 (Feng et al., 2016)、电催化 (Hu et al., 2015) 和光电设备 (Cui et al., 2019)。根据荧光发射峰的数量，CQDs 可以分为单发射 CQDs (SE-CQDs)、双发射 CQDs (DE-CQDs) 和多发射 CQDs (ME-CQDs) (Hoang et al., 2023)。目前，基于 SE-CQDs 的研究较为成熟，其荧光传感器可用于多种分析物的检测 (Cai et al., 2021; Guo, Li, et al., 2021; Ning et al., 2020; Ravichandiran et al., 2020; Wei et al., 2019)。然而，这类单发射传感器的检测信号容易受到背景噪声和环境变化的影响，从而影响检测结果的准确性。相比之下，基于 DE-CQDs 的比色荧光传感器可以同时输出两个独立的荧光信号，并具有内在的自我校准能力，可以有效消除或减弱外部干扰因素的影响，显著提高检测结果的准确性。此外，与其他通过耦合两种荧光材料（如金属纳米材料、荧光染料、金属有机框架材料）构建的传统比色荧光传感器相比，基于 DE-CQDs 的比色荧光传感器具有制备简便、成本低和稳定性好的优点 (Bu et al., 2026; M. Xu et al., 2026; X. Yang et al., 2026; Yin et al., 2026)。因此，DE-CQDs 在荧光传感领域引起了广泛的研究兴趣。目前，基于 DE-CQDs 的比色荧光传感器已成功用于检测多种分析物，包括水杨酸 (L. Liu et al., 2023)、Pb2+/Fe3+ (Li, Zheng, et al., 2025)、亮蓝 (L. Liu et al., 2024)、氨基甲酸乙酯 (B. Bai et al., 2025)、抗坏血酸 (L. Liu et al., 2025) 和 rutin (Li, Qian, et al., 2025)。然而，现有文献中尚未报道使用基于 DE-CQDs 的比色荧光传感器检测 CIP 的案例。因此，建立基于 DE-CQDs 的比色荧光传感平台对于实现高灵敏度、经济高效、快速和现场视觉检测 CIP 具有重要意义。
本文首次利用 DE-CQDs 建立了一个集成比色荧光检测和智能手机辅助读数的新型双模式传感平台，用于 CIP 的高灵敏度、快速和现场视觉监测（方案 1）。通过一种一锅法水热合成策略，以肉桂酸和 o-苯二胺为反应前驱体，成功制备了黄色荧光 DE-CQDs。在 390 nm 处激发时，合成的 DE-CQDs 显示出两个位于 453 nm 和 560 nm 的不同发射峰。在 CIP 存在的情况下，CIP 与 DE-CQDs 之间的特定氢键相互作用在 453 nm 处引起显著的荧光增强，而 560 nm 处的荧光强度作为内置内部参考几乎没有变化。利用这种差异响应行为，成功构建了一个用于 CIP 定量检测的比色荧光传感平台。同时，随着 CIP 浓度的增加，传感系统在紫外光照射下呈现出从黄色到蓝色的荧光颜色变化。利用这种视觉响应特性，进一步构建了一个智能手机辅助的传感平台，通过提取和分析来自传感系统的红绿蓝 (RGB) 色彩信号来实现 CIP 的快速、直观的现场检测。此外，所提出的基于 DE-CQDs 的双模式传感器已有效用于包括牛奶和肉类在内的食品样品中的 CIP 分析，取得了理想的结果。这种双模式传感器提供了一种高灵敏度、低成本、便携、易于操作的技术策略，具有在食品安全领域进行 CIP 监测的广泛应用前景。
部分摘要
试剂和仪器
o-苯二胺、肉桂酸、环丙沙星 (CIP)、氯化钠 (NaCl)、氯化钙 (CaCl2、氢氧化钠 (NaOH)、氯化镁 (MgCl2、磷酸二氢钠 (Na2HPO4)、氯化锌 (ZnCl2、氯化钾 (KCl)、盐酸 (HCl)、磷酸二氢钠 (NaH2PO4) 和乳糖由天津华盛化学试剂有限公司（中国天津）提供。苯丙氨酸、蛋氨酸、阿莫西林、色氨酸、红霉素、亮氨酸、庆大霉素、缬氨酸,
DE-CQDs 的表征
合成的 DE-CQDs 的形状和大小通过 TEM 进行了表征。如图 1a 所示，DE-CQDs 呈现出明确的球形形态和优异的分散性。图 1a 的插图显示了 DE-CQDs 的粒径分布，粒径范围为 1.1 nm 至 2.7 nm，平均粒径为 2.1 nm。（见方案 1。）
使用 FTIR 和 XPS 分析了 DE-CQDs 上存在的元素成分和功能基团。
结论
总之，成功制备了一个基于 DE-CQDs 的双模式传感平台，用于 CIP 的快速、高灵敏度、低成本和现场视觉检测。该创新传感器集成了比色荧光和智能手机辅助的视觉检测模式。DE-CQDs 通过肉桂酸和 o-苯二胺的一步水热处理制备而成，具有优异的水溶性和显著的光学性能。
CRediT 作者贡献声明
Lizhen Liu: 文章撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、资金获取、数据分析、概念化。 Yating Zhang: 软件开发、方法论、数据分析、数据管理。 Ting Zhao: 软件开发、方法论、数据分析、数据管理。 Qiaoyun Qiao: 数据分析。 Lin Yuan: 软件开发。 Zhi Mi: 文章撰写 – 审稿与编辑、监督、软件开发、方法论、数据管理。
Liu, Qu, Zhao and You, 2015
Wang et al., 2025
Yang, Zhang, Chen, Zhao and Yang, 2025
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们衷心感谢 国家自然科学基金（授权编号：22476118）提供的财政支持。
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