《Polyhedron》：Advanced Nd
2(WO
4)
3@g-C
3N
4 nano-hybrid for ultra-sensitive ratiometric fluorescent detection of riboflavin
编辑推荐：
核黄素检测中石墨相氮化碳负载钕钨酸盐纳米复合材料展现出优异灵敏度（5.13nM）、宽线性范围（0-110nM）及高选择性，通过荧光共振能量转移实现智能手机辅助快速检测，并成功应用于牛奶和维生素B2药片的实际样品分析。
Jyoti Duhan | Bindu Dhuva | Sangeeta Obrai
印度旁遮普邦贾兰达尔市BR阿姆贝德卡尔国家理工学院
摘要
本文中，我们使用涂有纳米结构钕钨酸盐（Nd?(WO?)?@g-C?N?）的石墨氮化物纳米片来检测核黄素。通过两步水热法制备了这种纳米结构的Nd?(WO?)?@g-C?N?。在适宜的条件下，合成的Nd?(WO?)?@g-C?N?传感器对核黄素表现出优异的光学敏感性，更重要的是，其还原响应比Nd?(WO?)?和纯g-C?N?更强。利用高度敏感的荧光技术，该传感器能够达到5.13 nM的检测限，并具有0–110 nM的宽线性检测范围。该传感器具有出色的稳定性、灵敏度、选择性和抗光漂白性能。所制备的纳米材料还用于智能手机中的核黄素检测。为了验证其实际应用效果，我们在牛奶和核黄素药片中对该传感器进行了测试。因此，我们的工作为食品和生物材料中的实时核黄素检测提供了新的视角。
引言
维生素是一类在饮食中以微量存在的化学物质，对生物体的生长、发育、健康运作、繁殖以及代谢平衡的维持至关重要[1]。根据溶解性，维生素主要分为两类：水溶性维生素（如维生素B和C）和脂溶性维生素（如维生素A、D、E和K）[2]。核黄素（RF），有时也称为维生素B2[3]，[4]，是一种具有显著生物学意义的黄素类化合物[3]。由于核黄素同时具有亲水性和疏水性，因此它是两亲性的[5]，[6]。
此外，核黄素受体可作为癌症治疗中药物和成像化合物的潜在肿瘤生物标志物[7]，[8]。核黄素缺乏会导致多种问题，如阴囊问题、眼睛对光敏感、鼻子皮肤脱屑、生长迟缓、舌痛、疲劳、消化问题、瘙痒和眼睛灼热感。因此，检测食品和药品中的核黄素水平非常重要[9]。如果通过补充剂摄入过量核黄素（27 mg），它可能在肾脏和肝脏中积累，导致头晕、严重的过敏反应和呼吸问题。因此，建立一种快速准确的定量检测方法对于确保安全性和适当剂量至关重要。迄今为止，已经使用了多种技术来测量核黄素，包括配备不同检测器的HPLC[10]、[11]、[12]、电化学发光、液相色谱二极管阵列检测（LC-DAD）[13]、电化学检测[14]、[15]、[16]、[17]、毛细管电泳[18]、[19]、微生物分析[20]、光谱电化学和流动注射分析[21]、[22]。然而，这些方法耗时较长，需要复杂的仪器准备，通常成本较高，并且选择性和灵敏度有限[16]，[23]。随着对成本效益和便携性的关注增加，基于生物传感器的方法在量化核黄素等内部标志物方面变得尤为重要。荧光技术相比传统分析仪器具有许多优势，如高灵敏度、快速响应、操作简便、准确性、选择性和低检测限（LOD）。基于稀土的化合物研究较少，而稀土钨酸盐是一类具有优异光学、催化、热稳定性、磁性和电学性质的化合物[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。根据这些研究，稀土钼酸盐/钨酸盐作为传感材料具有潜力[29]、[30]、[31]。在本研究中，我们使用水热法制备了新型Nd?(WO?)?纳米材料及其二元复合材料Nd?(WO?)?@g-C?N?用于核黄素检测。Nd?(WO?)?@g-C?N?纳米复合材料表现出优异的光学活性、选择性和灵敏度，表明其适合作为一种有价值且经济的核黄素传感器。据我们所知，目前尚无关于使用Nd?(WO?)?@g-C?N?进行核黄素检测的报道。该纳米复合材料还用于实际药品样品的检测。
材料
维生素B12、生物素、硫胺素、维生素K、核黄素、甘氨酸、缬氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和赖氨酸；钠钨酸盐、三聚氰胺、氢氧化钠和盐酸由Loba India提供。硝酸钕购自Sigma Aldrich。超纯水使用Milli-Q水纯化系统（MilliporeSigma，Merck KGaA，德国达姆施塔特）制备。牛奶和核黄素药品从印度当地超市购买。
仪器
一台衍射仪（P-Analytical）
Nd?(WO?)?@g-C?N?的表征分析
图1(a)显示了Nd?(WO?)?@g-C?N?纳米复合材料的TEM图像，清晰地证实了两种相的存在：Nd?(WO?)?的类花球形结构和g-C?N?的纳米片状形态。图1(b)中的HR-TEM图像进一步展示了Nd?(WO?)?@g-C?N?的微观结构。HR-TEM图像通过Image J软件处理后得出平均粒径为14–15 nm[32]。图S1中记录的EDX元素分析证实了Nd?(WO?)?@g-C?N?中含有Nd、W、O、C和N元素。
Nd?(WO?)?@g-C?N?对核黄素的选择性
Nd?(WO?)?@g-C?N?选择性的主要因素是对核黄素的特异性识别。通过比较Nd?(WO?)?@g-C?N?与多种维生素、金属离子和氨基酸的荧光响应来评估其选择性。图5b展示了荧光峰强度的直方图，以此验证所选传感探针的选择性。
基于智能手机的检测
智能手机技术的最新发展为荧光检测带来了革命性的改进[43]、[44]。在我们的研究中，智能手机摄像头作为出色的光探测器，用于拍摄暴露在365 nm紫外光下的样品。手机的颜色分析软件将拍摄的照片转换为RGB值，颜色分析通过Color Identifier智能手机应用程序完成。
实际样品研究
为了验证传感器的可行性，我们使用Nd?(WO?)?@g-C?N?检测牛奶和维生素B?药片中的核黄素含量。采用标准添加法进行实际样品检测。表1显示了令人满意的结果，回收率在96.58%到106.16%之间，RSD在0.636%到2.512%之间。这些结果证明了内置荧光探针在实际样品分析中的有效性。
结论
总之，Nd?(WO?)?@g-C?N?纳米材料通过简单工艺合成，这是它们首次应用于核黄素的敏感和低限检测。其他物理化学测试证实了这些纳米材料的成功制备，显微分析验证了Nd?(WO?)?纳米颗粒在g-C?N?表面的存在。Nd?(WO?)?@g-C?N?/核黄素荧光共振能量转移系统的形成因此变得更加容易。
作者贡献声明
Jyoti Duhan：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源准备、方法设计、实验设计、资金申请、数据分析、数据管理、概念构思。Bindu Dhuva：软件支持。Sangeeta Obrai：监督指导。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
