基于氮硫掺杂石墨烯量子点的无标记荧光免疫传感器：用于大肠杆菌检测及生物成像的双功能探针

针对食源性疾病病原体快速检测难题，印度国家理工学院Patna分校团队开发了一种绿色合成的氮硫双掺杂石墨烯量子点(N,S-GQDs)，构建了"ON-OFF-ON"型无标记荧光免疫传感器，实现了大肠杆菌的超灵敏检测（LOD~1 cell mL?1）和活细胞成像。该研究为食源性致病菌监测提供了低成本、高稳定性的双功能纳米探针。

　　

食源性疾病正以每年6亿病例、42万死亡的惊人数据威胁全球公共卫生，其中大肠杆菌等病原体的快速检测成为防控关键。然而现有PCR、酶联检测等方法存在成本高、耗时长等缺陷。印度国家理工学院帕特纳分校（原化学系）的研究团队独辟蹊径，利用印度本地植物蒲桃的废弃叶片，通过微波辅助绿色合成了具有明亮蓝色荧光（418 nm）的氮硫双掺杂石墨烯量子点(N,S-GQDs)，创新性地将其与二氧化锰纳米结构(MnO₂ NS)组成FRET对，开发出新型无标记荧光免疫传感器，相关成果发表在《Microchemical Journal》。

研究采用三大关键技术：微波辅助一锅法合成N,S-GQDs（以蒲桃叶为碳源，三氨基嘧啶和硫脲为掺杂剂）；基于抗体共价偶联的免疫探针构建（anti-E. coli pAb与N,S-GQDs结合）；FRET信号调控体系（MnO₂ NS作为能量受体实现荧光淬灭与恢复）。

【材料合成与表征】
通过紫外、荧光光谱和TEM证实N,S-GQDs的成功合成，量子产率达18.7%，粒径分布3-8 nm。XPS显示N、S分别以吡啶氮（398.5 eV）和硫醇键（163.5 eV）形式掺杂，这种特殊结构赋予材料优异的光稳定性（RSD<4%）。

【传感机制研究】
建立"三明治"识别体系：N,S-GQDs-抗体复合物与MnO₂ NS接触时发生FRET导致荧光淬灭（OFF）；加入E. coli后因竞争结合使荧光恢复（ON）。该传感器展现10-1.15×10⁴ cells mL^?1的宽检测范围，对实际样品（牛奶、果汁）的回收率达96.5-103.2%。

【生物相容性验证】
MTT实验显示N,S-GQDs在100 μg mL^?1浓度下对HEK293细胞存活率>90%，溶血率<5%。共聚焦显微镜证实其可穿透细胞膜实现高效标记，为活体成像奠定基础。

这项研究开创性地将农业废弃物转化为高性能纳米探针，解决了传统检测方法成本高、步骤繁琐的痛点。其创新性体现在：首次将MnO₂ NS用于细菌免疫检测的FRET体系；开发出兼具传感（LOD达单细胞水平）与成像功能的双用途材料；建立的微波合成法较传统热解法节能80%。正如通讯作者Subrata Das强调的，该技术不仅为食源性疾病防控提供了新工具，其绿色合成理念更为纳米材料的可持续发展提供了范式。