引言

随着现代医学和农业的发展，抗生素如环丙沙星（CIP）被广泛应用于人类医疗、畜牧业和水产养殖中。然而，抗生素的环境持久性及其在生物体内的不完全代谢导致了环境累积，进而引发了诸多问题。例如，抗生素残留可能导致耐药菌的出现、对暴露生物体的潜在毒性反应以及微生物生态平衡的破坏。因此，开发高效、灵敏的抗生素残留检测方法对于食品安全和环境保护至关重要。本文将介绍一种创新的双响应比率荧光传感器，该传感器基于钙钛矿量子点（PQDs）和碳点（CDs），并结合分子印迹聚合物（MIP），实现了对环丙沙星的超灵敏检测。

正文

1. 材料合成与表征

该传感器的核心材料包括钙钛矿量子点（PQDs）、碳点（CDs）和分子印迹聚合物（MIP）。通过一锅溶胶-凝胶法制备了PQDs/CDs@MIP复合材料。实验结果显示，PQDs/CDs@MIP具有良好的分散性和稳定性，且其晶体结构和表面官能团得到了详细表征。透射电子显微镜（TEM）图像表明，PQDs均匀分布在硅基MIP壳层内，形成了明确的核心-壳结构。此外，X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析进一步验证了材料的成功制备。

2. 光致发光特性

PQDs/CDs@MIP在紫外光激发下表现出明显的双发射特性，分别在460 nm（蓝色）和518 nm（绿色）处有较强的荧光峰。当引入环丙沙星后，蓝色荧光显著增强而绿色荧光减弱，荧光强度比值（F₄₆₀/F₅₁₈）与环丙沙星浓度呈线性关系。这种独特的双信号响应机制不仅提高了检测的灵敏度，还赋予了传感器自校准功能，减少了背景噪声和基质效应的影响。

3. 细胞毒性评估

考虑到铅元素的潜在毒性，研究人员使用MTT法评估了PQDs/CDs@MIP纳米复合材料的细胞毒性。结果表明，在测试浓度范围内（0-5000 μg/mL），PQDs/CDs@MIP对HepG2细胞的存活率影响较小，显示出较低的细胞毒性。这表明，惰性材料的包覆有效防止了有毒元素的释放，降低了PQDs的毒性风险。

4. 选择性与灵敏度

为了验证传感器的选择性，研究人员比较了PQDs/CDs@MIP对环丙沙星及其结构类似物的荧光响应。结果显示，PQDs/CDs@MIP对环丙沙星表现出最高的荧光响应，而对其它类似物的响应则明显较低。这归因于MIP材料中特异性印迹腔的存在，这些腔体通过氢键相互作用与环丙沙星分子紧密结合，从而增强了对目标分子的选择性和亲和力。此外，PQDs/CDs@MIP的检出限（LOD）低至5.0 nM，远低于其他检测方法，展示了其卓越的灵敏度。

5. 实际样品检测

为了评估传感器的实际应用性能，研究人员进行了加标回收实验。实验选择了河虾、对虾、鲫鱼和黄花鱼等水产品作为样本，经过预处理后，使用PQDs/CDs@MIP传感器检测环丙沙星含量。结果显示，回收率在90.0%至106.7%之间，表明该传感器在实际样品中的定量分析具有较高的准确性和可靠性。同时，与国家标准HPLC方法相比，PQDs/CDs@MIP传感器的结果无显著差异，进一步验证了其高精度和可靠性。

结论

本文介绍了一种基于钙钛矿量子点和碳点的仿生比率荧光传感器，该传感器通过分子印迹聚合物实现了对环丙沙星的超灵敏检测。其独特的双信号响应机制、低检出限和高选择性使其在食品安全和环境监测领域具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步优化传感器的设计，拓展其在其他抗生素残留检测中的应用，并探索其在复杂环境下的长期稳定性和重复使用性。

环境意义

环丙沙星作为一种广泛使用的抗生素，常见于各种环境介质中。其残留物的持续存在可能扰乱生物代谢过程，促进细菌耐药性的产生，对人类健康和生态安全构成重大威胁。本研究提出的仿生比率荧光传感器，通过集成高效的分子识别和独特的双信号比率传感技术，提高了复杂食品体系中的检测准确性，支持日常监测和法规合规。这不仅有助于食品安全，还促进了可持续的环境监测，减少抗生素残留带来的健康风险。

Scheme 1. 用于比率荧光传感检测 CIP 的 PQDs/二氧化硅（A）和 PQDs/CDs@MIP（B）的制备

Fig. 1. PQDs/二氧化硅和 PQDs/CDs@MIP 的表征

Fig. 2. PQDs/CDs@MIP 对 CIP 的 FL 和色度响应