利用智能手机辅助的荧光系统（该系统包含蓝色发光的碳量子点）测定芒果苷的含量

《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Determination of mangiferin via a smartphone-assisted fluorescence system with blue-emitting carbon quantum dots

蓝发光碳量子点（BCQDs）通过水热法合成，利用内滤波效应实现芒果甙检测，检测限低至0.061 μM，智能手机可视化平台可快速筛查复杂样本。

　　

蔡志峰|侯玲杰|蔡群|冯亚轩|张伊然|张宇琪

太原师范学院化学与材料学院，晋中市，030619，中国

摘要

芒果苷对人体健康有益，但过量使用可能会产生副作用。本文采用水热法制备了蓝色荧光碳量子点（BCQDs），用于检测芒果苷。在363.4纳米的激发波长下，观察到约468.7纳米的优异荧光信号。BCQDs具有出色的稳定性、抗辐射性、耐盐性和水溶性等特性。它们对芒果苷表现出特异性响应，在0.5-100微米的浓度范围内荧光强度呈线性减弱。检测限为0.061微米。荧光猝灭机制归因于内部过滤效应。利用这种基于BCQDs的纳米传感器，对两种实际样品进行了芒果苷的灵敏检测，回收率在94.8%-104.8%之间。值得注意的是，芒果苷存在时颜色从蓝色变为绿色，表明其在智能手机可视化检测中具有巨大潜力。此外，基于BCQDs的传感系统具有优异的绿色和蓝色表现。

引言

芒果苷（1,3,6,7-四羟基-2-[(3R,4R,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基]-9H-蒽-9-酮（图S1）存在于芒果的果实、叶子和树皮中[1]。芒果苷具有抗炎、抗菌和抗单纯疱疹病毒HSV-2的作用。此外，其四个酚羟基具有亲电性，可以捕获辐射诱导的自由基，从而保护生物分子[2][3]。因此，芒果苷是一种天然抗氧化剂，能够清除自由基[4]。鉴于芒果苷的药用价值，建立可靠、灵敏且快速的检测方法在复杂环境中非常重要。目前已开发出多种检测方法，包括高效液相色谱（HPLC）[5]、毛细管电泳（CE）[6]、电化学方法[7][8][9][10]和荧光方法[12]。然而，这些传统分析方法存在设备昂贵、样品制备复杂、耗时且劳动强度高的缺点[13]。相比之下，荧光平台具有分析速度快、灵敏度高、选择性强、样品制备简单、非专业人士易于操作等优点[14]。

碳量子点（CQDs）作为一种新型碳材料和发光纳米材料，自2004年问世以来引起了广泛关注。CQDs的尺寸小于10纳米，具有制备简便、光学灵敏度和稳定性高、毒性低以及生理清除率高等特点[15][16][17]。与半导体量子点和有机染料相比，CQDs克服了水溶性低、修饰复杂和毒性高的问题[18][19]。表面修饰可以显著改善CQDs的水溶性和检测选择性。目前，CQDs已广泛应用于分子检测、催化、光电元件、生物成像和药物输送等领域[20][21]。作为荧光探针，CQDs具有快速、简单、选择性强和高度灵敏的特点，在药物检测中具有巨大潜力。其原因是CQDs表面的官能团能与药物分子相互作用，从而改变其荧光强度。因此，其灵敏度和选择性取决于CQDs表面官能团与分析物之间的相互作用。通过掺杂杂原子来改进或构建CQDs表面的活性官能团对于特异性识别分析物至关重要[22][23][24][25][26]。例如，Treepet等人通过溶液等离子体法制备了氮掺杂碳点，该系统对多巴胺具有20-90微米的线性响应范围和33.05微米的检测限[28]。Wang团队使用[OMIM]PF4和邻苯二胺制备了黄色荧光碳点，对维生素B6具有选择性，并利用荧光智能手机系统进行了可视化分析，获得了更低的检测限[29]。Li等人采用水热法（以茜素红和三聚氰胺为前驱体）制备了蓝色荧光碳点，在最佳条件下，氯四环素可猝灭其荧光，实现了20-1200微克的线性响应范围和8.74微米的检测限[30]。研究表明，杂原子掺杂可显著调节CQDs的荧光量子产率和分析物选择性。其中，氮掺杂在调节CQDs电子结构和引入表面活性位点方面表现出高效。虽然已有研究证明氮或氧掺杂可增强CQDs的荧光和选择性，但系统研究尚缺乏关于氮掺杂对芒果苷荧光响应影响的专门探讨。基于智能手机的可视化传感因其低成本、简便的检测过程和现场检测能力而受到关注，同时实时数据收集和处理能力大大缩短了检测时间[31]。

本文采用水热法，以间苯二胺和聚丙烯酰胺为碳源和氮源，制备了蓝色荧光碳量子点（BCQDs）。在最佳检测条件下（如pH值和孵育时间），BCQDs能有效监测芒果苷浓度。其传感机制可能归因于内部过滤效应。此外，利用智能手机可视化平台观察不同芒果苷浓度下BCQDs的荧光颜色变化来检测芒果苷（图1）。最终，BCQDs在实际样品检测中展示了良好的应用前景。

试剂信息

化学品

NaCl（分析纯）、KCl（分析纯）、MgCl₂（≥99%）、Na₂CO₃（≥99.5%）、Na₂C₂O₄（分析纯）、Na₂SO₄（≥99%）、柠檬酸钠（≥99%）、柠檬酸（≥99.5%）、盐酸（37%）、氢氧化钠（≥99%）、组氨酸（≥99%）、天冬氨酸（≥99.5%）、甘氨酸（≥99%）、精氨酸（≥99%）、脯氨酸（≥99%）、葡萄糖（分析纯）、谷胱甘肽（≥98%）、间苯二胺（分析纯）、芒果苷（98%）和聚丙烯酰胺（≥98%）均购自上海Aladdin Reagent有限公司。溶液的制备使用了超纯试剂。

BCQDs制备条件的优化

为了获得最佳的荧光强度，研究了材料摩尔比、反应温度、反应时间和pH值等因素对BCQDs的影响。如图S2所示，在间苯二胺0.1克、聚丙烯酰胺0.075克、反应温度180℃和反应时间4小时的条件下，BCQDs的荧光强度达到最大值。

BCQDs的特性分析

本文讨论了BCQDs的形态和粒径情况。

结论

总之，我们采用水热合成法，以间苯二胺和聚丙烯酰胺为主要原料制备了蓝色荧光碳量子点（BCQDs），量子产率为15.8%。BCQDs对芒果苷表现出选择性响应，在ln(F₀/F)与芒果苷浓度之间呈现出0.5-100微米的线性荧光响应范围。根据3 σ/k标准，检测限（LOD）为0.061微米。这种选择性归因于内部过滤效应。

CRediT作者贡献声明

蔡志峰：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据分析、软件应用、资金筹集、概念构思。侯玲杰：初稿撰写、软件应用、资金筹集。蔡群：软件应用。冯亚轩：软件应用。张伊然：软件应用。张宇琪：软件应用。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢太原师范学院的大学生创新项目（项目编号CXCY2221和CXCY26034）以及山西省青年基金项目（项目编号202203021212190）提供的财务支持。