叶酸，也被称为维生素B9，是我们身体必需的一种水溶性维生素，在从DNA合成到细胞代谢等多种生理过程中扮演着关键角色。它对孕妇尤为重要，充足的补充能显著降低胎儿神经管缺陷等出生缺陷的风险。然而，问题在于，叶酸缺乏不仅与心血管疾病、巨幼细胞性贫血相关，更有多项研究表明，其与癌症发病风险的增加密切相关。因此，准确监测食品、乃至生物体内的叶酸水平，对于营养调控和疾病预防（尤其是癌症的早期预警）具有重大意义。
尽管科学家们已经开发了分光光度法、电化学法、高效液相色谱法(HPLC)等多种叶酸检测技术，但它们往往面临着设备昂贵、操作复杂、耗时较长或需要专业人员等局限性。相比之下，荧光分析法凭借其高灵敏度、快速响应和操作简便等优点，展现出巨大潜力。近年来，具有荧光特性的量子点，特别是硫量子点(SQDs)，因其可调的发光特性、无毒性、生物相容性好以及能从丰富的单质硫直接合成等优势，成为生物分子传感和细胞成像领域的研究热点。然而，现有的许多荧光探针，如碳量子点(CQDs)、石墨烯量子点(GQDs)等，在用于叶酸检测时，仍常受限于量子产率不高、灵敏度有限、选择性欠佳或合成过程不够绿色环保等问题。
针对上述挑战，四川农业大学的研究团队在《Journal of Food Composition and Analysis》上发表了一项创新研究。他们致力于开发一种集高灵敏度、环境友好性和优异生物相容性于一体的新型荧光纳米探针，以实现对叶酸的高效、精准检测，并探索其在活细胞成像中的应用潜力。
为开展此项研究，作者运用了几个关键技术方法：首先，他们创新性地采用K2 FeO4 和H2 O2 作为绿色蚀刻剂，通过改进的沉淀蚀刻法合成了硫量子点(SQDs)。其次，利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等多种表征技术，全面分析了SQDs的形貌、尺寸、晶体结构、表面官能团和元素组成。再者，通过荧光光谱和紫外-可见吸收光谱研究了SQDs的光学性质及其与叶酸(FA)的相互作用机制。最后，研究将SQDs应用于实际食品样本（儿童牛奶、咖啡牛奶、发酵蜂蜜柚子茶）的叶酸含量检测，并利用小鼠H22肝癌细胞模型，进行了细胞内叶酸水平的荧光成像分析。
3.1. SQDs的合成与表征
研究人员开发了一种绿色高效的合成方法，使用K2 FeO4 /H2 O2 辅助沉淀蚀刻制备SQDs。表征结果显示，所合成的SQDs呈球形且分散良好，粒径分布在1-6纳米之间，平均直径约为3.04纳米。XRD谱图显示其表面形成了硫酸钠晶体结构，FTIR光谱证实其表面存在羟基、羧基以及PEG-400的包覆，这些结构赋予了SQDs优异的水溶性和稳定性。XPS分析进一步表明SQDs表面硫主要以深度氧化的硫酸根/亚硫酸根形式存在。这些特性共同造就了SQDs的高亲水性和高荧光量子产率。
3.2. SQDs的荧光性质
光学性质研究表明，SQDs在220纳米处有紫外吸收峰，在370纳米光激发下于450纳米处发出明亮的蓝色荧光，且其荧光发射不依赖于激发波长。以硫酸奎宁为标准物，测得SQDs的荧光量子产率高达0.352。此外，SQDs在宽pH范围(2-11)、高离子强度(高达1.0 M NaCl)和一定温度范围内均表现出良好的荧光稳定性，这为其在复杂实际样品中的应用奠定了基础。
3.3. SQDs检测FA的传感机制
通过时间分辨荧光寿命分析和光谱重叠研究，作者阐明了FA导致SQDs荧光猝灭的机制。研究发现，FA的加入几乎不改变SQDs的荧光寿命，排除了荧光共振能量转移(FRET)和动态猝灭的主导作用。其猝灭机制主要源于内滤效应(IFE)和静态猝灭效应(SQE)的协同作用。一方面，FA的吸收光谱与SQDs的激发光谱存在显著重叠，导致IFE；另一方面，UV光谱的变化证实了FA与SQDs之间形成了新的基态复合物，从而引发SQE。Stern-Volmer作图分析和猝灭常数计算进一步支持了静态猝灭的存在。
3.4. FA荧光传感方法的建立
在优化检测条件后，建立了基于SQDs的FA荧光传感方法。该方法对FA表现出高选择性，常见的潜在干扰物如氨基酸、维生素、糖类等对检测影响很小。随着FA浓度增加，SQDs在450纳米处的荧光强度被有效猝灭。在1.5-35 µM浓度范围内，荧光猝灭比(F/F0 )与FA浓度呈良好的线性关系，检测限低至0.18 µM。
3.5. 饮料样品中FA的检测
为验证方法的实用性，研究人员将其应用于三种实际食品样品（儿童牛奶、咖啡牛奶、发酵蜂蜜柚子茶）中叶酸含量的测定。采用标准加入法进行回收率实验，结果显示荧光法的回收率在99%至103%之间，与高效液相色谱法(HPLC)的测定结果(96%-101%)具有良好的一致性，证明了该SQDs传感方法在实际样品检测中的准确性和可靠性。
3.6. 细胞内FA检测与成像
最后，研究探索了SQDs在生物医学领域的应用潜力。细胞毒性试验表明，SQDs在高达50 µg/mL浓度下孵育24小时后，细胞活性仍保持在90%以上，显示出良好的生物相容性。将SQDs与小鼠H22肝癌细胞共孵育后，通过激光共聚焦显微镜进行成像。结果显示，随着细胞外FA预处理浓度的增加，细胞内的荧光强度显著降低，表明SQDs能有效进入细胞，并对细胞内FA水平的变化做出响应，实现了对癌细胞中FA过表达的荧光成像检测。
本研究成功开发了一种绿色、高效的K2 FeO4 /H2 O2 辅助合成法，制备出具有高荧光量子产率(0.352)的硫量子点。该SQDs作为一种高性能荧光探针，基于内滤效应和静态猝灭效应的协同机制，实现了对叶酸的高灵敏度、高选择性检测，检测限低至0.18 µM，并在复杂食品基质中展现出高准确度（回收率99%-103%）。
这项工作的意义在于，它不仅仅提供了一种新的叶酸检测方法。首先，其合成策略本身体现了绿色化学理念，使用环境友好的蚀刻剂，减少了废弃物产生。其次，所开发的SQDs探针成功 bridging（连接）了食品安全分析与生物医学诊断两个领域：既可用于食品中营养组分叶酸的快速、现场筛查，保障食品安全与公众营养健康；又能凭借其良好的生物相容性和荧光性能，用于癌细胞中叶酸水平的成像分析，这为基于叶酸受体高表达的癌症早期诊断提供了新的工具和思路。尽管未来仍需进一步深入探究SQDs的合成机理并拓展其在更复杂食品体系中的应用，但本研究无疑为开发可持续、高性能的多功能荧光纳米探针用于生命健康领域，树立了一个成功的范例。
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