【人物与科研】沈阳药科大学赵龙山课题组：功能化碳量子点作为荧光纳米探针，用于检测四环素和细胞成像

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导语

常用的药物残留检测方法有高效毛细管电泳（HPCE）、高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-质谱（LC-MS）、气相色谱（GC）、气相色谱-质谱（GC-MS）等，这些方法用于复杂基质中痕量药物测定时通常需要繁琐的前处理过程，同时消耗大量的有毒有机试剂，在造成环境污染的同时还会增加食品和健康监管的负担。因此，在食品和健康监测中非常需要一种绿色、简单、快速、准确和有效的测定药物残留的分析方法。近年来，由于操作简便、快速、无损、实时性好、灵敏度高、动态范围广、成本低等优点，荧光检测已成为药物分析领域中一种有效的方法。碳量子点（Carbon Quantum Dots， CQDs）的出现为研究碳纳米材料作为药物荧光探针的潜在应用提供了新的途径。相比于传统的荧光探针，CQDs具有绿色、低毒、荧光性质好等诸多优势。在荧光分光光度法中，选用高选择性的荧光探针至关重要。因此，开发具有选择性强，荧光量子产率高的功能化CQDs材料一直是大家关注的焦点。沈阳药科大学赵龙山课题组一直致力于功能化碳纳米材料的研究，近日，沈阳药科大学赵龙山课题组开发了一种氮硫双掺杂的碳量子点作为荧光探针用于牛奶样品中残留药物四环素类抗生素的检测，并对检测机理进行了探讨。相关成果在线发表于Microchimica Acta（DOI: 10.1007/s00604-020-04328-1）。

赵龙山课题组简介

赵龙山课题组成立以来一直致力于功能化碳纳米材料的研究。设计并合成了多种功能化碳纳米材料，其中包括具有高荧光量子产率的功能化碳量子点，结合荧光分光光度计响应快速，操作简便等优点探索了其在检测痕量残留药物、重金属等方面的应用，并证明了这些材料在测定复杂基质中的优势。课题组已在国际知名期刊Microchimica Acta等发表了荧光探针方向的研究论文。

赵龙山副教授简介

赵龙山，男，博士，副教授，药物分析、临床药学硕士生导师。CFDI临床实验数据核查员，国家自然科学基金评审专家，教育部学位论文盲审专家，中国青年科技工作者协会会员，辽宁省百千万人才工程“千人层次”，沈阳市拔尖人才，辽宁省分析测试协会评审专家，第十三届沈阳市优秀科技工作者，沈阳高新区五四奖章之创新标兵。主持纵向课题五项，包括国家自然科学基金青年项目，辽宁省自然科学基金，博士后基金面上项目以及沈阳市科技创新专项基金等，参与重大专项“药物一致性评价关键技术与标准研究”及重大新药创制等课题。中国药理学会药代动力学专业委员会青年委员，《中国临床药理学杂志》、《色谱》、《药物评价与研究》青年编委，《沈阳药科大学学报》，《药学研究》和《Journal of Polyphenols》编委。申请专利8项，PCT1项，授权3项。发表SCI论文100余篇。主要研究方向：中药药效物质基础与作用机制；荧光传感器；一致性评价；新药开发；网络药理学。

前沿科研成果

功能化碳量子点作为荧光纳米探针，用于检测四环素和细胞成像

抗生素在细菌感染的治疗和预防中起着重要作用。四环素（TCs）是兽药和水产养殖中最常用的广谱抗生素之一。据近五年的文献报道，在食物中仍然很容易发现TCs残留物，这些残留物严重损害了人类健康（包括耐药性、过敏反应、肝损伤等）。由于食品基质的复杂性和TCs在样品中的痕量水平，现有检测方法通常存在耗时，使用大量的有毒试剂等问题，不能满足其绿色，简单，快速的检测要求。近日，沈阳药科大学赵龙山课题组成功地制备了一种氮硫双掺杂的碳量子点（N, S-CQDs）作为荧光探针用于牛奶样品中TCs的检测，并应用荧光强度进行定量分析（图1）。所制备的碳量子点可用于牛奶样品中TCs的检测，并具有良好的细胞成像作用。

图1制备 N, S-CQDs作为荧光探针用于牛奶样品中四环素类抗生素的检测和荧光成像示意图

（来源：Microchimica Acta）

首先，作者通过微波辅助水热合成法制备了N, S-CQDs。并通过透射电镜（图2a）、高分辨透射电镜（图2c）、 X-射线衍射（图2d）、傅里叶红外光谱（图2e）和X-射线光电子能谱（图3）等手段对材料进行了表征分析证明其成功合成。

图2 N, S-CQDs的透射电镜（图2a）、粒径分布（图2b）、高分辨透射电镜（图2c）、 X-射线衍射（图2d）、傅里叶红外光谱（图2e）图

（来源：Microchimica Acta）

图3 N, S-CQDs的X-射线光电子谱

（来源：Microchimica Acta）

随后，使用积分球、紫外-可见光谱图和荧光光谱图对N, S-CQDs进行光学性质的研究。另外还采用单因素考察法对溶液pH和稳定性进行了研究。结果表明，在25 µg·mL^-1浓度下，荧光量子产率为16.2%。紫外-可见光谱具有336，363和418 nm特征吸收峰（图4a）。荧光光谱图结果显示在424 nm处具有最大的发射波长（图4b）。其最佳pH为6（图4c），在60天内材料的荧光性能较稳定（图4d）。

图4 N, S-CQDs光学性能研究

（来源：Microchimica Acta）

作者将所制备的N, S-CQDs荧光探针用于实际牛奶样品中TCs的测定。测定原理、标曲图和选择性如图5所示。其结果表明，所合成的N, S-CQDs适用于牛奶样品中TCs的选择性分析。

图5 使用N, S-CQDs测定TCs的原理、标曲图和选择性研究

（来源：Microchimica Acta）

最后，作者研究了所制备的N, S-CQDs荧光探针的毒性并成功用于细胞成像。细胞成像图如图6所示。结果表明，所制备的N, S-CQDs荧光探针可顺利通过细胞膜标记细胞质。

图6 N, S-CQDs的细胞成像研究

（来源：Microchimica Acta）

综上所述，作者成功合成了氮硫双掺杂的碳量子点并将其用于牛奶样品中四环素类抗生素的检测，为复杂基质中痕量药物残留的测定提供新方法。此外，还成功的将其用于细胞成像。该工作以“Functionalized carbon quantum dots as fluorescent nanoprobe for detection of tetracyclines and cells imaging”为题在线发表在德国Springer旗下著名学术期刊Microchimica Acta上（DOI: 10.1007/s00604-020-04328-1）。沈阳药科大学硕士研究生赵娜为论文第一作者，沈阳药科大学赵龙山副教授为本文的通讯作者（论文作者：Na Zhao, Yang Wang, Shanshan Hou, Longshan Zhao）。

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