熒光碳量子點(diǎn)在藥物分析中的應(yīng)用研究進(jìn)展

毛惠會(huì)，湛志華，周國(guó)華，薛茗月,*，韓國(guó)成*，蔣夢(mèng)馨，羅曉楠，林小雅

(1. 桂林電子科技大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004； 2. 嶺南師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，廣東 湛江 524048)

1 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)健康問(wèn)題越來(lái)越重視，各種疾病治療的藥物不斷地被研發(fā)和應(yīng)用，但長(zhǎng)期、大量地服用某些藥物，會(huì)對(duì)機(jī)體造成一定程度的毒副作用。因此，為了保證藥物療效的良好發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物質(zhì)量的準(zhǔn)確、快速分析是非常必要的。

抗生素作為抗菌藥物的一大類，能有效治療人類的很多疾病，但抗生素的濫用也導(dǎo)致了一些常見細(xì)菌耐藥菌株的增加，食物中殘留的抗生素也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的影響[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗菌藥物的有效檢測(cè)尤為重要；抗炎藥物，尤其是非甾體抗炎藥物，在臨床上被廣泛用于骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多種發(fā)熱和各種疼痛癥狀的緩解，而不當(dāng)?shù)厥褂每寡姿幬锟赡軙?huì)導(dǎo)致肝、胃腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷[2]；隨著癌癥發(fā)病率的不斷提高[3]，各種抗腫瘤藥物進(jìn)入人們的視野，控制抗腫瘤藥物的質(zhì)量，盡可能地減輕對(duì)機(jī)體的毒副作用非常重要；除此之外，維生素作為維持身體健康所必需的一類有機(jī)化合物、多種生物小分子藥物作為疾病治療的有效藥物也越來(lái)越受到重視。因此，選擇一種靈敏、高效、便捷、準(zhǔn)確的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些藥物的檢測(cè)十分重要。

目前藥物分析技術(shù)主要為液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用、光譜法、毛細(xì)管電泳、時(shí)間分辨熒光分析法、酶活性測(cè)定等[4]，這些方法使用的儀器通常都十分昂貴，有些還需要復(fù)雜的樣品前處理。在這種情況下，各種類型的熒光傳感器由于響應(yīng)時(shí)間快速、易操作、具有優(yōu)異的抗光漂白性、高靈敏度和高選擇性等優(yōu)勢(shì)進(jìn)入研究者的視野。目前常用的熒光傳感器主要有基于金屬有機(jī)框架的熒光傳感器[5-6]、有機(jī)化學(xué)傳感器[7-11]、金屬納米傳感器[12-13]、碳納米材料傳感器[14-16]和熒光傳感器陣列[17]等，其中碳納米材料傳感器，尤其是碳量子點(diǎn)(Carbon quantum dots，CQDs)，也稱為碳點(diǎn)(Carbon dots，CDs)，作為一種新型的熒光碳納米材料，與其他的熒光傳感器相比，具有原料來(lái)源廣泛、制備方便[18-20]等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在藥物分析領(lǐng)域發(fā)展迅速。

因此，本文對(duì)碳量子點(diǎn)作為熒光傳感器在部分抗菌藥物、抗炎藥物、抗腫瘤藥物、多種維生素以及一些藥物小分子方面的分析應(yīng)用進(jìn)行了綜述與展望。

2 碳量子點(diǎn)對(duì)抗菌藥物的分析

抗菌藥物(Antibacterial agents)包括各種抗生素、磺胺類、咪唑類、硝基咪唑類、喹諾酮類等化學(xué)合成藥物。其中，四環(huán)素類(Tetracyclines，TCs)抗生素作為一類具有廣譜抗菌活性的抗生素，呈現(xiàn)出良好的抑菌殺菌能力，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的TCs主要包括金霉素(Chlortetracycline,CTC)、土霉素(Oxytetracycline，OTC)、四環(huán)素(Tetracycline，TC)、多西環(huán)素、美他環(huán)素和米諾環(huán)素等，其結(jié)構(gòu)均含并四苯基本骨架[21-23]，如圖1所示。但由于TCs 具有較強(qiáng)的致畸、致突變的作用，過(guò)量時(shí)可能引起致命的肝毒性等副作用。為了有效地預(yù)防TCs藥物的濫用，國(guó)標(biāo)GB/T 21317-2007中規(guī)定動(dòng)物源性食品中TCs獸藥殘留限量為50 μg·kg-1(以豬肉為例，TC=109.7 nmol·L-1；CTC=101.8 nmol·L-1；OTC=105.9 nmol·L-1)；SC/T 3015-2002中規(guī)定水產(chǎn)品中TC、OTC的殘留限量為50 μg·kg-1(以魚肉為例，TC=118.5 nmol·L-1; OTC =114.3 nmol·L-1)，CTC的殘留限量為100 μg·kg-1(109.9 nmol·L-1) ；GB/T 22990-2008中規(guī)定牛奶中TC、OTC的殘留限量為5 μg·kg-1(以正常鮮牛奶為例，TC =11.6 nmol·L-1; OTC=11.2 nmol·L-1)，CTC的殘留限量為10 μg·kg-1(21.5 nmol·L-1)。中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定飲用水中TC的殘留限量為1.61 ng·L-1(3.62 nmol·L-1)，OTC為1.77 ng·L-1(3.84 nmol·L-1)，CTC為1.56 ng·L-1(3.26 nmol·L-1)。因此，必須開發(fā)快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的TCs檢測(cè)方法。

圖1 四環(huán)素類藥物的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)圖[21]

Wang[23]以煙絲為原料、水熱合成的藍(lán)色熒光碳點(diǎn)(T-CDs)與 TCs結(jié)合后，由于OTC 和 TC 的吸收光譜與T-CDs的激發(fā)光譜有較好的重疊，基于內(nèi)濾效應(yīng)(Inner filter effect，IFE)，導(dǎo)致了CQDs的激發(fā)光被吸收從而發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象；又由于CTC分子中存在吸電子基(—Cl)，導(dǎo)致CTC分子更易于與帶負(fù)電的T-CDs結(jié)合，形成更穩(wěn)定的體系從而引起熒光信號(hào)的增強(qiáng)。因此，基于以上不同的熒光響應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TC、OTC、CTC的視覺區(qū)分。Lin[24]以檸檬酸和谷胱甘肽為原料，采用一步微波法合成的熒光CQDs負(fù)載于靜電紡絲中，基于IFE，實(shí)現(xiàn)了對(duì)固相中TC的識(shí)別，線性范圍為2～150 μmol·L-1，檢測(cè)限為520 nmol·L-1。食品和飲用水中的抗生素殘留也引起了極大的關(guān)注，Zhao等[25]采用微波輔助法，以檸檬酸三胺和維生素B1為前驅(qū)體，合成具有高選擇性的N,S-CDs，實(shí)現(xiàn)了對(duì)牛奶中CTC含量的檢測(cè)，線性檢測(cè)范圍是0.177～35.3 μg·mL-1(37～74 μmol·L-1)，檢測(cè)限為71 ng·mL-1(148 nmol·L-1)。Sun[26]以熒光材料CQDs和銪為基礎(chǔ)，利用分子印跡聚合物(MS/MIPs)作為涂層制備了比率熒光傳感器(CQDs-Eu@MIPs)。研究發(fā)現(xiàn)，CT與CQDs-Eu@MIPs結(jié)合后，CT表面的羥基與CQDs作用使藍(lán)光減弱，同時(shí)，其表面的羰基又與銪離子發(fā)生締合，使銪離子在 620 nm 波長(zhǎng)處的紅光增強(qiáng)。作者基于兩處的熒光強(qiáng)度比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)牛奶中CT的檢測(cè)，檢測(cè)限為7.9 nmol·L-1。在許多國(guó)家，一些含有CTC和柳氮磺吡啶(Sulfasalazine，SSZ)的抗生素被廣泛用于臨床，Zhang等[27]由檸檬酸和L-精氨酸一步水熱反應(yīng)合成的納米CDs熒光傳感器，基于熒光猝滅效應(yīng)，在定量CTC和SSZ方面表現(xiàn)出優(yōu)異的分析性能，檢測(cè)限分別為0.078 μg·mL-1(162.9 nmol·L-1)和0.032 μg·mL-1(80.3 nmol·L-1)。Zhang等[28]以山楂粉為原料，添加DETA作為氮源，通過(guò)水熱法制備了具有藍(lán)色熒光的N-CDs?；贗FE引起的熒光猝滅現(xiàn)象，建立了一種新的用CDs測(cè)定CTC的熒光方法。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，在0.4～20 μg·mL-1(0.835～41.8 μmol·L-1)范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為(0.073±0.005) μg·mL-1((152.4±10.4) nmol·L-1)。不同CQDs體系對(duì)TC、CTC、OTC檢測(cè)的性能對(duì)比如表1所示，為了更好地進(jìn)行分析比較，文中表述的藥物檢測(cè)的線性范圍單位統(tǒng)一換算為μmol·L-1，檢測(cè)限單位統(tǒng)一換算為nmol·L-1。

表1 不同 CQDs 體系對(duì)TC、CTC、OTC檢測(cè)的性能對(duì)比

由于四環(huán)素類抗生素經(jīng)常作為獸用抗生素用于動(dòng)物疾病的預(yù)防和治療，因此，將熒光碳量子點(diǎn)用于水產(chǎn)品、動(dòng)物源性食物、牛奶、飲用水、蜂蜜中四環(huán)素類抗生素的檢測(cè)是十分必要的。通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，雖然上述檢測(cè)方法均能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)TC、CTC、OTC含量的檢測(cè)，但存在線性范圍窄、靈敏度不高等缺點(diǎn)。

除四環(huán)素類藥物之外，常見的抗菌藥物還有氨芐青霉素(Ampicillin)[29]、鹽酸小檗堿(Berberine Hydrochloride，BH)[30]、奧硝唑(Ornidazole，ORN)[20]、呋喃妥因(Nitrofurantoin，NIT)[31]、異煙肼[23]、頭孢克肟[32]等。Li等[29]以檸檬酸三鈉、11-氨基十一烷酸、NaH2PO4和聚乙二醇為原料，用微波法合成了氮磷共摻雜熒光碳量子點(diǎn)(NPCQDs)，研究發(fā)現(xiàn)，加入黃芩苷后，其表面富含的羥基會(huì)與 NPCQDs表面的羧基結(jié)合，形成無(wú)熒光的復(fù)合物,從而減弱了NPCQDs的熒光發(fā)射，使NPCQDs熒光發(fā)生猝滅；而加入氨芐青霉素后，氨芐青霉素表面的氨基會(huì)與黃芩苷表面的羥基之間形成分子間氫鍵，使得NPCQDs得到釋放，使其熒光得以恢復(fù)，如圖2所示?；跓晒馓剂孔狱c(diǎn)“關(guān)-開”原理，建立了測(cè)定氨芐青霉素的新方法，檢測(cè)限為0.79 μmol·L-1。Al-Hashimi等[31]用葉酸和濃磷酸水熱合成熒光CQDs，通過(guò)NIT對(duì)CQDs的猝滅，建立了熒光分析法測(cè)定膠囊中的NIT，線性響應(yīng)范圍為5.0～9 0 μmol·L-1，檢測(cè)限為1.4 μmol·L-1，結(jié)果與英國(guó)藥典規(guī)定的參考方法相當(dāng)。Zhang等[32]以黑豆為碳源，合成熒光黑豆(BS)-碳量子點(diǎn)(CQDs)的廉價(jià)碳源。由于Ce(Ⅳ)和BS-CQDs之間的基態(tài)復(fù)合和電子轉(zhuǎn)移，Ce(Ⅳ)可以有效地猝滅這些粒子的熒光；而在頭孢克肟存在下，電子轉(zhuǎn)移被中斷，熒光信號(hào)被恢復(fù)，其檢測(cè)限為0.169 μmol·L-1，該新體系的建立為頭孢克肟的測(cè)定提供了新的方法。

圖2 (a)黃芩苷對(duì) N,P-CQDs 的熒光猝滅光譜;(b)氨芐青霉素對(duì)猝滅體系的響應(yīng)[29]。

綜上所述，CQDs熒光傳感器通過(guò)熒光“猝滅-恢復(fù)”機(jī)制，可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)抗菌藥物的可視化檢測(cè)。同時(shí)，寬線性檢測(cè)范圍和低檢測(cè)限的碳量子點(diǎn)熒光傳感器設(shè)計(jì)仍亟待解決。

3 碳量子點(diǎn)對(duì)抗炎藥物的分析

非甾體抗炎藥(Nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs)通過(guò)抑制前列腺素的合成，發(fā)揮其解熱、鎮(zhèn)痛、消炎作用，同時(shí)還對(duì)腫瘤有抑制作用。其代表藥物尼美舒利(Nimesulide，Nim)可有效治療慢性類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、泌尿生殖系統(tǒng)炎癥、耳鼻喉科疾病。然而，長(zhǎng)期或過(guò)量使用 Nim會(huì)對(duì)兒童和成人造成嚴(yán)重的身體傷害，包括肝臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)[33]。Song等[34]以檸檬酸銨和雙(頻哪醇合)二硼為前驅(qū)體，通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱處理制備硼、氮碳量子點(diǎn)(B,N-CQDs)。Nim的加入使B,N-CQDs的熒光明顯猝滅。在0～100 μmol·L-1范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度與Nim濃度呈良好的線性關(guān)系。此外，該方法還成功地應(yīng)用于藥物樣品中Nim的檢測(cè)，回收率為94.60%～96.73%。

吡羅昔康(Piroxicam，PRX)具有鎮(zhèn)痛、抗炎及解熱作用。Wu等通過(guò)一步水熱法，以鄰苯二胺、谷氨酸及硼酸為前驅(qū)體，制備了一種硼氮共摻雜的熒光碳點(diǎn)(B,N-CDs)。由于B,N-CDs和 PRX之間存在強(qiáng)烈的電子或能量轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致B,N-CDs發(fā)生強(qiáng)烈的熒光猝滅效應(yīng)。據(jù)此，應(yīng)用B,N-CDs 作為熒光探針成功構(gòu)建了高選擇性、高靈敏性的PRX檢測(cè)熒光傳感器，檢測(cè)PRX的線性范圍為0.02～0.15 mmol·L-1，檢測(cè)限為0.057 μmol·L-1[35]。Wang以黑芝麻為原料，采用一步水熱法制得具有強(qiáng)烈熒光的CQDs，由于Cu2+具有較強(qiáng)的絡(luò)合作用，將Cu2+加入到CQDs溶液后，Cu2+會(huì)與CQDs表面基團(tuán)間發(fā)生一定的作用，形成CQDs-Cu2+復(fù)合物，CQDs處于激發(fā)態(tài)時(shí)，Cu2+會(huì)與CQDs之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致了CQDs熒光猝滅，CQDs熒光強(qiáng)度降低；由于PRX與Cu2+具有更強(qiáng)的結(jié)合能力，可以形成更穩(wěn)定的復(fù)合物，因此，在猝滅后的CQDs-Cu2+復(fù)合物體系中加入PRX，導(dǎo)致Cu2+從CQDs表面移除，CQDs熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，CQDs的熒光得以恢復(fù)[36]?；谶@一原理，成功構(gòu)建了“猝滅-恢復(fù)”型熒光探針用于PRX的高靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限為0.072 μmol·L-1。

蘆丁(Rutin，RT)是一種多酚類天然化合物，具有抗炎、抗氧化、抗過(guò)敏、抗病毒等功效，同時(shí)可用于冠心病、心絞痛、腦溢血、高血壓的治療。Wang等[37]通過(guò)對(duì) Na2[Cu(EDTA)]和鹽酸羥胺進(jìn)行熱解，制備了銅摻雜的碳量子點(diǎn)(Cu-CQDs)。研究發(fā)現(xiàn)，制備的Cu-CQDs的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜與RT的紫外吸收有較大的重疊，基于IFE，RT成功屏蔽了Cu-CQDs的激發(fā)光和發(fā)射光，且在0.1～15 μg·mL-1(0.164～24.6 μmol·L-1)范圍內(nèi)，Cu-CQDs的熒光猝滅與不同濃度的RT呈良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限低至0.05 μg·mL-1(81.9 nmol·L-1)。Wang以紅棗為原料，通過(guò)一步水熱法成功合成了熒光 CQDs，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在CQDs溶液中加入KMnO4，會(huì)發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象，加入RT后，體系熒光得到恢復(fù)。作用機(jī)理如下：由于KMnO4具有強(qiáng)氧化性，易吸收電子，將KMnO4加入到 CQDs溶液時(shí)，KMnO4通過(guò)電子轉(zhuǎn)移的方式占據(jù)了CQDs表面，使CQDs的表面激發(fā)態(tài)以一種非輻射電子轉(zhuǎn)移方式釋放其能量，CQDs的熒光猝滅，使得熒光信號(hào)“關(guān)閉”；在猝滅后的CQDs體系中加入RT后，結(jié)合于CQDs表面的KMnO4會(huì)與強(qiáng)還原性的RT發(fā)生氧化還原反應(yīng)，把KMnO4從CQDs的表面移除下來(lái)，從而使CQDs 的熒光得以恢復(fù)，熒光信號(hào)“開啟”[36]。該方法檢測(cè)限為0.15 μmol·L-1，據(jù)此提出了“關(guān)-開”型熒光探針，用于RT的高靈敏度檢測(cè)。

抗炎藥物由于優(yōu)良的抗炎、鎮(zhèn)痛和解熱的作用，成為繼抗菌藥物之外，濫用最為嚴(yán)重的藥物，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗炎藥物的檢測(cè)十分重要。CQDs作為熒光性能優(yōu)異的傳感器，可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)抗炎藥物的檢測(cè)，但是仍然存在檢測(cè)范圍窄、靈敏度不高的缺點(diǎn)。

4 碳量子點(diǎn)對(duì)抗腫瘤藥物的分析

藥物治療已成為當(dāng)今臨床治療腫瘤的重要手段之一，常見的替尼類抗腫瘤藥物是一類新型生物靶向治療腫瘤藥物，主要包括吉非替尼、伊馬替尼、厄洛替尼、舒尼替尼、拉帕替尼等。Jiao[38]以綠茶茶葉渣為碳源，通過(guò)高溫?zé)峤夂蜐釮2SO4氧化相結(jié)合的方法制備出氮硫共摻雜的熒光碳點(diǎn)(T-CDs)，研究發(fā)現(xiàn)，吉非替尼的吸收光譜和T-CDs的激發(fā)光譜重疊，在T-CDs溶液中加入吉非替尼后，二者之間發(fā)生IFE而引起T-CDs熒光猝滅，線性檢測(cè)范圍為 0.1～20 μg·mL-1(0.22～32.8 μmol·L-1)，并成功地將其作為熒光傳感器應(yīng)用于尿液樣品中吉非替尼的檢測(cè)。Zhang等[39]由葡萄糖和半胱胺酸鹽一步水熱處理，合成氮硫共摻雜的碳點(diǎn)(N,S-CQDs)?；贗FE導(dǎo)致的熒光猝滅現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了對(duì)厄洛替尼(Erlotinib)的線性檢測(cè)，檢測(cè)限為0.027 μg·mL-1(62.8 nmol·L-1)。

姜黃素(Curcumin，Cur)是中藥姜黃的一種主要生物活性成分，具有降血脂、抗凝、抗氧化、抗腫瘤等藥理作用，臨床應(yīng)用十分廣泛。Hu等利用麥秸稈和1,2-乙二胺為原料，采用一步水熱法制備出藍(lán)色氮摻雜碳點(diǎn)(CDs-Ws)[40]。由于IFE的存在，Cur在3～10 μmol·L-1范圍內(nèi)可有效猝滅CDs-Ws的熒光，檢測(cè)限為 55.17 nmol·L-1，如圖3所示，同時(shí)制備的 CDs-Ws 細(xì)胞毒性低，可應(yīng)用于細(xì)胞的多色成像，據(jù)此構(gòu)建了檢測(cè) Cur 的熒光傳感器。Tang等[41]采用一步固相法，使用酒石酸和尿素作為前體制備了一種氮摻雜碳點(diǎn)(NCDs)，發(fā)現(xiàn)姜黃素的紫外吸收帶明顯與NCDs的激發(fā)帶重疊，因此，基于IFE和靜態(tài)猝滅，所合成的NCDs可用作姜黃素檢測(cè)的熒光猝滅傳感器，在0.1～20 μmol·L-1范圍內(nèi)獲得良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為29.8 nmol·L-1。

圖3 Cur對(duì)CDs-Ws的熒光猝滅曲線及線性擬合曲線[40]

除了保障抗腫瘤藥物的質(zhì)量之外，實(shí)現(xiàn)抗腫瘤藥物的靶向運(yùn)輸也是盡可能地殺死癌細(xì)胞、保護(hù)正常組織的有效方法之一。目前常用的負(fù)載抗腫瘤藥的載體有抗體[42]、功能化樹狀大分子[43]、聚合物[44-45]、碳量子點(diǎn)[46]等。CQDs尺寸一般在10 nm以下，而<6～8 nm的碳量子點(diǎn)容易被腎臟清除，減小了在體內(nèi)積聚的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，由于CQDs具有優(yōu)異的熒光性能，作為熒光探針，在藥物運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、腫瘤靶向成像和放療增敏方面具有重要作用。

5 碳量子點(diǎn)對(duì)維生素類藥物的分析

維生素在人體內(nèi)不能合成，也不能相互轉(zhuǎn)化，只能從食物中獲取，因此，開發(fā)高選擇性、可靠且靈敏的方法來(lái)檢測(cè)食品和藥物樣品中的維生素含量至關(guān)重要，這里主要介紹部分B族維生素和維生素C。

核黃素，俗稱維生素B2，是水溶性維生素之一，也是多種細(xì)胞過(guò)程所必需的，缺乏這種維生素會(huì)導(dǎo)致皮膚粘膜表面損傷、強(qiáng)烈畏光、疲勞、生長(zhǎng)緩慢，出現(xiàn)消化問(wèn)題、唇炎和貧血。Severino等[47]研究發(fā)現(xiàn)，核黃素中羰基和氨基基團(tuán)的存在對(duì)CQDs表面的羥基和羧基具有很強(qiáng)的吸引力，使得CQDs與核黃素之間形成氫鍵并縮短空間距離，因此，以CQDs為供體、核黃素為受體，實(shí)現(xiàn)了CQDs與核黃素之間的高效熒光共振能量轉(zhuǎn)移(Fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET)。觀察到FRET和核黃素濃度在0.1～3 μg·mL-1(0.27～7.9 μmol·L-1)之間呈線性關(guān)系，檢測(cè)限為1 ng·mL-1(2.7 nmol·L-1)。

葉酸(Folic acid，F(xiàn)A)，俗稱維生素B9，是一種水溶性維生素，對(duì)孕婦尤其重要，妊娠期間攝入足量的FA可以預(yù)防胎兒先天性神經(jīng)管畸形。Qian等[48]制備的AA-CDs可以通過(guò)靜電相互作用與FA相互作用，兩者之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，導(dǎo)致AA-CDs的熒光動(dòng)態(tài)猝滅，檢測(cè)限為40 nmol·L-1。該方法成功地應(yīng)用于食品和藥品樣品中FA的檢測(cè)，平均回收率為95.0%～105.3%。維生素 B12(VB12)是唯一含金屬元素(鈷)的維生素，由微生物合成，可用于治療巨幼細(xì)胞貧血、亞急性聯(lián)合變性神經(jīng)系統(tǒng)病變、緩解眼疲勞、治療放射性皮膚損傷等。Wang等[49]以紅棗為碳源，通過(guò)一步水熱法合成了發(fā)光碳量子點(diǎn)(CQDs)，研究發(fā)現(xiàn)，維生素B12可能作為電子受體與激發(fā)態(tài)的CQDs發(fā)生相互作用，使CQDs發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)猝滅，且CQDs的熒光猝滅強(qiáng)度 ΔF與VB12的濃度呈良好的線性關(guān)系，線性范圍為0.09～15 μmol·L-1，方法檢測(cè)限為71 nmol·L-1，可用于樣品中VB12含量的測(cè)定。Hu[50]以乙腈和對(duì)苯二胺為原材料，通過(guò)溶劑熱法制備了紅色熒光氮摻雜碳點(diǎn)(N-CDs)?；贗FE，VB12可有效猝滅N-CDs的熒光，在2～204 μmol·L-1范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，如圖4所示?；谠摲椒ǎt色熒光 N-CDs 已成功用于藥物和食品樣品中 VB12的檢測(cè)。

圖4 (a)不同 VB12含量(0～546 μmol·L-1)的熒光猝滅圖；(b)VB12對(duì) N-CDs 的熒光猝滅曲線[50]。

L-抗壞血酸(L-ascorbic acid，Ascorbic acid，AA)俗稱維生素 C，是一種水溶性維生素，可用于防治壞血病、治療慢性鐵中毒和特發(fā)性高鐵血紅蛋白血癥。Zheng等[51]首次以檸檬酸為碳源、乙烯三胺(DETA)為表面鈍化劑，采用熱裂解法制備了量子產(chǎn)率高達(dá)88.6%的CDs。由于Cr(Ⅵ)與該CDs的激發(fā)和發(fā)射帶具有相當(dāng)精確的重疊，基于內(nèi)濾光效應(yīng)，保證了CDs熒光猝滅的高效發(fā)生。此外，在常溫條件下，Cr(Ⅵ)可以被AA還原為Cr(Ⅲ)，從而恢復(fù)CDs的熒光。而且，在0.03～0.1 mmol·L-1范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度和AA濃度之間存在良好的線性關(guān)系，因此，CDs-Cr(Ⅵ)混合物可作為一種“開啟”熒光傳感器，用于快速響應(yīng)(1 min內(nèi))和高靈敏度檢測(cè)AA。Wu等以去皮的蓖麻為碳源，采用一步水熱法合成了綠色熒光CO-CQDs，之后將CO-CQDs與鹵代熒光素染料曙紅Y(EY)復(fù)合，建立了一種以 CO-CQDs /EY 復(fù)合物為比率型熒光探針測(cè)定 AA 的新方法[52]。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，基于熒光信號(hào)猝滅與恢復(fù)效應(yīng)，該探針于 540 nm/405 nm 兩處的熒光強(qiáng)度比值與AA 的濃度在0.05～4 μmol·L-1范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，檢測(cè)限為37 nmol·L-1，該探針成功地應(yīng)用于檢測(cè)藥物、水果和蔬菜中 AA 的含量。Lin等[53]以檸檬酸、酒石酸銨和氯化銅為原料，利用家用微波爐合成了新型的銅摻雜碳點(diǎn)(Cu-CDs)?；趦?nèi)濾光效應(yīng)，AA在0.1～3.0 μmol·L-1范圍內(nèi)可直接猝滅Cu-CDs熒光，檢測(cè)限可達(dá)27 nmol·L-1。同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種基于Cu-CDs與 Fe3+配合物的通-通傳感系統(tǒng)，通過(guò)FRET作為AA的特異檢測(cè)探針，檢測(cè)限為6 nmol·L-1，是報(bào)道的最好結(jié)果之一，在真實(shí)藥品樣品中AA的檢測(cè)也取得了較好的結(jié)果，不同CQDs體系對(duì)AA檢測(cè)的性能對(duì)比如表2所示。

6 碳量子點(diǎn)對(duì)其他藥物分子的分析

多巴胺(Dopamine，DA)是大腦中含量最豐富的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)，其在生物內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。當(dāng)其濃度發(fā)生異常改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致帕金森病、精神分裂癥、Tourette綜合癥、注意力缺陷多動(dòng)綜合癥和垂體腫瘤等的發(fā)生。除此之外，DA還作為心血管系統(tǒng)藥，注射用于各種低血壓和休克。因此，建立體內(nèi)DA靈敏、特異檢測(cè)方法具有重要意義。

He等[56]通過(guò)檸檬酸鈉和碳酸氫銨的水熱處理制備了發(fā)藍(lán)光的CDs，并用3-氨基苯硼酸(APBA)進(jìn)行修飾。之后以牛血清白蛋白(BSA)為穩(wěn)定劑，N2H4-H2O 作為還原劑，制備了BSA穩(wěn)定的發(fā)紅光的CuCNs。通過(guò)碳二亞胺活化偶聯(lián)，構(gòu)建了由CDs和CuCNs組成的新型納米雜化材料(Cu/CuCNs)，并顯示出雙發(fā)射熒光。研究發(fā)現(xiàn)，在DA存在下，檢測(cè)到Cu/CuCNs的標(biāo)記熒光(在440 nm)猝滅，APBA的硼酸與DA的順式乙二醇之間的特異性偶聯(lián)作用導(dǎo)致了DA與APBA在CDs表面的結(jié)合。DA作為一種高級(jí)電子受體，觸發(fā)了從CDs到DA的電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致Cu/CuCNs中CDs的熒光猝滅；而添加DA后，Cu/CuCNs中CuCNs的熒光強(qiáng)度(在640 nm處)幾乎沒有變化，因此進(jìn)一步用作參考熒光，以開發(fā)用于檢測(cè)多巴胺的新型比率熒光探針?；趦商師晒鈴?qiáng)度的比值，發(fā)現(xiàn)該Cu/CuCNs與DA在0.1～100 μmol·L-1的范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為32 nmol·L-1。Naik等[57]采用水熱合成法制備的氮摻雜碳點(diǎn)(N-CDs)作為選擇性和靈敏檢測(cè)DA的肉眼熒光探針，成功應(yīng)用于商業(yè)藥物樣品中DA的定量測(cè)定。研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺通過(guò)靜電作用與N-CDs形成復(fù)合物，導(dǎo)致N-CDs的熒光發(fā)生猝滅，檢測(cè)DA的線性范圍為2～20 μg·mL-1(13～131 μmol·L-1)，檢測(cè)限低至1.97 μg·mL-1(12.9 μmol·L-1)。Ma等[58]以花生為原料，利用一步水熱法直接合成了花生碳量子點(diǎn)(PN-CQDs)，研究發(fā)現(xiàn)，Ce(Ⅳ)不僅可以與激發(fā)態(tài)的PN-CQDs之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，還會(huì)與PN-CQDs的表面羥基(—OH)和羧基(—COOH)等基團(tuán)進(jìn)行結(jié)合，導(dǎo)致PN-CQDs熒光猝滅；而加入DA后，由于其強(qiáng)的還原性，更易與結(jié)合在PN-CQDs表面的Ce(Ⅳ)發(fā)生反應(yīng)，將 Ce(Ⅳ) “去除”，PN-CQDs被不斷釋放出來(lái)，熒光恢復(fù)。據(jù)此構(gòu)建了可高靈敏檢測(cè)DA的“關(guān)-開”型熒光探針，線性范圍為0.25～10 μmol·L-1，檢測(cè)限為90 nmol·L-1，該體系反應(yīng)原理如圖5所示。

圖5 Ce(Ⅳ)、DA與PN-CQDs體系反應(yīng)原理圖[58]。

通過(guò)上述文獻(xiàn)研究可知，碳量子點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)藥品中DA含量的高靈敏檢測(cè)。但是，通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，相較于熒光“猝滅-恢復(fù)”機(jī)理，比率熒光傳感器可以實(shí)現(xiàn)更寬范圍的線性檢測(cè)和更低的檢測(cè)限。目前，比率熒光傳感器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用已成為CQDs研究的重要方向。

谷胱甘肽(Glutathione，GSH)作為一種小分子生物硫醇，通常在腫瘤細(xì)胞內(nèi)過(guò)度表達(dá)，因此，被當(dāng)作一種重要的生物標(biāo)志物。除此之外，GSH能清除體內(nèi)自由基，用于肝病的輔助治療，還可用于角膜潰瘍、角膜炎、初期老年性白內(nèi)障等。因此，構(gòu)建一種對(duì)細(xì)胞內(nèi)GSH進(jìn)行檢測(cè)和成像的熒光探針具有十分重要的診斷意義。

Lin[24]以鄰苯二胺為碳源，采用水熱法合成了黃色熒光碳點(diǎn)(OPD-CDs)，研究發(fā)現(xiàn)，Cu2+可與 OPD-CDs的氨基配位，生成Cu—N鍵而結(jié)合在OPD-CDs的表面發(fā)生聚集現(xiàn)象，聚集后的 OPD-CDs分子內(nèi)的大幅振動(dòng)受到抑制，非輻射失活過(guò)程減弱，從而使得OPD-CDs的熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。而由于GSH與Cu2+具有更強(qiáng)的結(jié)合能力，加入GSH之后，Cu2+從OPD-CDs表面脫離，聚集體解聚，OPD-CDs的熒光強(qiáng)度恢復(fù)到加入Cu2+之前的狀態(tài)，GSH在1～100 μmol·L-1范圍內(nèi)與Cu-OPD-CDs混合體系的熒光變化呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為 0.32 μmol·L-1。由此，構(gòu)建了一個(gè)由聚集誘導(dǎo)發(fā)光增強(qiáng)(Aggregation-induced luminescence enhancement,AIEE)介導(dǎo)的“開-關(guān)”策略實(shí)現(xiàn)對(duì)GSH 的檢測(cè)。Li等以檸檬酸、乙二胺和乙酸鋅為前體，采用一步水熱法制備了鋅摻雜碳量子點(diǎn)(Zn-CQDs)。由于Cu2+能通過(guò)靜電作用與Zn-CQDs 表面的官能團(tuán)結(jié)合并附著于Zn-CQDs表面，當(dāng)Zn-CQDs處于激發(fā)態(tài)時(shí)，Cu2+會(huì)與Zn-CQDs發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而使Zn-CQDs熒光猝滅；之后，向該猝滅體系中加入GSH，由于GSH與Cu2+結(jié)合的強(qiáng)度大于靜電作用力的強(qiáng)度，因此Cu2+會(huì)逐漸從Zn-CQDs 表面脫離，使得體系的熒光逐漸恢復(fù)[59]。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，GSH濃度在0.05～80 μmol·L-1內(nèi)與Zn-CQDs熒光恢復(fù)率呈線性關(guān)系，檢測(cè)限達(dá)63 nmol·L-1，由此構(gòu)建了“關(guān)-開”型熒光探針用于GSH的選擇性、高靈敏檢測(cè)。Zn-CQDs的制備及檢測(cè)GSH的原理如圖6所示。

圖6 Zn-CQDs制備及檢測(cè)GSH原理示意圖[59]

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在制備碳量子點(diǎn)的過(guò)程中摻雜其他離子，會(huì)很大程度上降低GSH的檢測(cè)限，達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

除了多巴胺和谷胱甘肽外，一些其他的藥物小分子物質(zhì)也在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用，因此，構(gòu)建一個(gè)操作簡(jiǎn)單、易可視化的熒光傳感器實(shí)現(xiàn)這些小分子物質(zhì)的檢測(cè)十分重要。

7 展 望

綜上所述，CQDs作為熒光傳感器，以其優(yōu)異、穩(wěn)定的熒光性能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藥物的快速分析，在藥物分析檢測(cè)方面取得了重要的研究進(jìn)展，但仍有許多地方需要改進(jìn)：(1)CQDs的熒光性能：目前制備的CQDs熒光多為藍(lán)綠色，且具有發(fā)射紅移依賴激發(fā)波長(zhǎng)的特性，為了更好地實(shí)現(xiàn)熒光碳量子點(diǎn)在生物體內(nèi)的應(yīng)用，減弱或避免生物自組織熒光和背景的干擾，應(yīng)進(jìn)一步探索具有長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射的 CQDs，如紅光或近紅外碳量子點(diǎn)的研究；同時(shí)，部分CQDs存在靈敏度偏低的缺點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)靈敏度高、穩(wěn)定性好的CQDs傳感器是亟需解決的科學(xué)問(wèn)題。(2)藥物熒光檢測(cè)原理：現(xiàn)有檢測(cè)方法多基于氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)，直接或間接導(dǎo)致CQDs熒光的猝滅和恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)藥物檢測(cè)的可視化。但這種方法易受到其他還原性物質(zhì)干擾，需進(jìn)一步提高其檢測(cè)的選擇性，如比率型熒光探針/傳感器的研究，與基于氧化還原反應(yīng)進(jìn)行藥物檢測(cè)的碳量子點(diǎn)相比，比率型熒光傳感器具有更寬的線性檢測(cè)范圍和更低的檢測(cè)限。(3)制備CQDs的碳源選擇：目前制備CQDs的原料大多為化學(xué)試劑，會(huì)在一定程度上導(dǎo)致環(huán)境污染，危害研究人員的身體健康。隨著對(duì)天然生物質(zhì)材料(肉類、果蔬類、食物殘?jiān)约耙恍┚G色植物)的研究，“綠色”碳量子點(diǎn)的制備也成為研究熱點(diǎn)。(4)CQDs的體內(nèi)應(yīng)用：目前大部分CQDs的細(xì)胞成像、對(duì)活細(xì)胞中生物小分子物質(zhì)與藥物檢測(cè)、藥物靶向運(yùn)輸和可視化治療的研究，均在體外進(jìn)行。這些研究雖然能在一定程度上反映出熒光CQDs的性能特征，但是，由于機(jī)體的代謝環(huán)境十分復(fù)雜，是否能作用于機(jī)體還需要繼續(xù)研究。

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