酪氨酸衍生的碳点作为检测食品、尿液和活细胞中硝基苯氧基萘的高灵敏度传感器

时间：2026年1月1日

来源：Dyes and Pigments

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硝氧沙啉（NIT）是兽医常用药物，但其残留通过食物链危害人类健康。本研究通过酪氨酸与乙烯二胺的一步水热法合成荧光碳点（T-CDs），优化反应条件（7h，170℃），验证其高选择性（抗干扰1500倍）、高灵敏度（LOD 5.2nM）及快速响应（5min）特性，成功实现NIT在肉类、牛奶及尿液中的检测，并与HPLC方法结果一致。

郝唐|金东代|詹申|张绵|薛霞|坦加马尼·卡纳加拉杰|朱东伟|卡纳加拉杰·拉贾拉克什米|穆图萨米·塞尔瓦拉杰|吴思怡|周晓东

江苏省人民医院临床实验室，212006，中国江苏省镇江市

摘要

硝基氧萘（NIT）是一种常用的兽药，用于治疗食用牛和羊的肝片吸虫病。这种药物在动物食品中的残留物会对人类健康造成严重危害。因此，开发一种用于检测食品中NIT的分析方法具有重要意义。本文采用简单的一步水热法，利用酪氨酸和乙二胺成功合成了酪氨酸衍生的碳点（T-CDs）。通过紫外-可见光谱、荧光光谱、X射线粉末衍射（PXRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对T-CDs的制备条件进行了优化和分析。结果表明，T-CDs对NIT具有高选择性、良好的抗干扰能力（1500倍）、高灵敏度（检出限：5.2 nM）以及快速响应时间（5分钟）。T-CDs根据其浓度和NIT浓度的不同，能够呈现对比鲜明的荧光共聚焦图像。实验验证了T-CDs在牛肉、羊肉、牛奶以及人尿液样本中检测NIT的有效性。所有结果均表明，这种传感策略简单、灵敏且具有高选择性，为NIT的检测提供了一种新的荧光传感器方法。

引言

硝基氧萘（4-羟基-3-碘-5-硝基苯腈，NIT）是一种卤代硝基酚类化合物，常作为皮下注射兽药用于预防和控制牛羊的肝片吸虫病[1]。肝片吸虫病是由肝片吸虫（Fasciola hepatica）和巨型肝片吸虫（Fasciola gigantica）引起的寄生虫感染[2][3][4]，主要影响牲畜的生育能力和产奶量，从而导致经济损失[5]。NIT通过氧化磷酸化过程抑制ATP的生成[6][7]。研究表明，NIT在成虫和幼虫中的活性均高于其他抗肝片吸虫药物，并且即使在治疗后90天内仍会残留在动物体内[8]。尽管NIT在治疗寄生虫感染方面具有显著效果，但它可能积累在牛奶和肉类等可食用动物产品中，对人体造成过敏反应、呼吸道刺激、心动过速、发热以及细菌耐药性等问题[9]。此外，水中即使含有纳克/升级别的NIT残留也会影响水生生态系统的平衡[10]。爱尔兰已禁止将NIT用于治疗奶牛的肝片吸虫病。为确保食品安全，联合国粮食及农业组织（FAO）、欧盟委员会法规和美国食品药品监督管理局（FDA）建议将NIT的最大残留限量（MRL）设定为每公斤动物肌肉400微克以下[11][12]。因此，开发一种高效、灵敏且易于操作的NIT检测方法至关重要。

目前已有多种用于检测NIT的传感技术，如液相色谱、质谱、气相色谱、伏安法、高效液相色谱、极谱法和方波伏安法[13][14][15][16][17][18][19]。然而，这些方法存在操作耗时、响应时间较长、需要样品预处理、仪器成本高、检测限低以及选择性不足等缺点。相比之下，荧光光谱法能够实现现场可视化检测，且成本低廉[20][21][22][23][24][25][26][27]。荧光碳点（CDs）因其在生物分子、药物、农药和食品添加剂检测中的优异光学性能、低细胞毒性、高生物相容性以及防止自荧光干扰等优点而受到广泛关注[28][29][30][31][32][33]。大量研究利用CDs开发了电化学和荧光传感器及生物成像应用[28][29][30][31][32][33]。由于CDs良好的光物理性质和高灵敏度，它们也被用于检测兽药和硝基芳香化合物。虽然已有基于多种有机和生物质前体的CDs用于抗生素和含硝基药物的检测，但许多探针在复杂食品基质中的选择性有限，响应时间较长，或缺乏实际生物样本中的验证。目前关于用于检测硝基氧萘的荧光CDs探针的研究较少，亟需改进选择性和实用性的替代传感策略。

本文采用简单的一步法，利用酪氨酸和乙二胺制备了酪氨酸衍生的碳点（T-CDs），并用于NIT的检测。T-CDs表面同时具有正负功能基团。考虑到NIT中的吸电子硝基和卤素基团，我们设计了一种能与NIT高效相互作用的荧光探针。合成过程中加入乙二胺可提供促进分子间强相互作用的表面功能基团，从而实现选择性的荧光淬灭和灵敏的NIT检测。通过7小时的水热反应（170°C）优化了合成条件。通过紫外-可见光谱、发射光谱、X射线粉末衍射、透射电子显微镜和X射线光电子能谱确认了T-CDs的形成。T-CDs的尺寸在3.8至5.3纳米之间，表面功能基团通过傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱进行了分析。向T-CDs中添加NIT会使其发射行为发生淬灭，根据线性图的斜率计算得出最低检出限（LOD）为4.9 nM。该探针在存在1500倍浓度相似药物、金属离子和阴离子的情况下仍表现出高选择性和抗干扰能力。利用PC3细胞系和不同浓度的T-CDs及NIT进行了生物成像实验。最终在牛肉、羊肉、牛奶和人尿液样本中成功检测到了NIT。

材料

酪氨酸和1,2-乙二胺购自中国Aladdin公司。硝基氧萘、吡喹酮、克仑特罗、吩噻嗪、赛庚啶、甲苯咪唑、拉克托帕明、乙胺嗪、丁硫咪嗪、氧氟沙星、呋喃苯胺、磺胺甲噁唑、果糖、葡萄糖、半乳糖和蔗糖购自中国Energy Chemical Company公司。胎牛血清（FBS）、链霉素、Dulbecco磷酸盐缓冲液（DBS）和罗斯威尔帕克纪念研究所（RPMI）试剂购自美国Hyclone公司。

T-CDs的制备

选择酪氨酸和乙二胺作为T-CDs的前体。酪氨酸是一种氨基酸，是良好的碳源，含有丰富的杂原子（胺基和酸基团），具有与分析物分子强烈相互作用的正负中心；乙二胺是氮的良好来源，可用于引发聚合反应并随后进行碳化过程。T-CDs的详细制备过程已在文中说明。

结论

本文成功合成了以酪氨酸和乙二胺为前体的T-CDs探针。其发射峰位于444纳米，相应激发峰位于352纳米。通过优化反应条件（7小时水热反应，170°C），获得了高发射性的T-CDs。通过紫外-可见光谱、发射光谱、X射线粉末衍射、透射电子显微镜和傅里叶变换红外光谱分析了T-CDs的形态、大小、表面功能基团和键合特性。

伦理声明

本研究中使用的尿液样本已获得镇江市人民医院伦理委员会的批准，IRB审查批准编号为2025-003-02。我们共收集了5名志愿者的尿液样本，其中4人为研究团队成员，所有参与者均自愿提供样本，无任何外部压力。

作者贡献声明

张绵：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证。詹申：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、资源获取、项目管理、方法学设计。郝唐：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、资金筹集。卡纳加拉杰·拉贾拉克什米：方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理、概念构建。周晓东：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写