Двойной ратиометрический зонд на основе азот-допированных углеродных точек для ультрачувствительного обнаружения моксифлоксацина с поддержкой смартфона

Почему важно отслеживать распространённый антибиотик

Моксифлоксацин — мощный антибиотик, применяемый для лечения серьёзных инфекций у людей и животных. Однако при его чрезмерном использовании или неправильной утилизации препарат может попадать в реки, почву и пищу, способствуя глобальному кризису устойчивости бактерий к антибиотикам. Поэтому контроль следовых количеств этого препарата вне клинических условий жизненно важен, хотя большинство существующих методов анализа дорогостоящи, медленны и требуют хорошо оснащённых лабораторий. В этом исследовании предложен простой и портативный способ обнаружения моксифлоксацина с помощью светящихся наноматериалов и обычного смартфона, что делает качественное тестирование гораздо более доступным.

Крошечные светящиеся точки с большой задачей

В основе нового метода — «углеродные точки» — наночастицы углерода размером в нанометры, которые при возбуждении ультрафиолетом естественно испускают свет. Исследователи получили эти углеродные точки из двух распространённых органических веществ — одного богатого углеродом и другого, богатого азотом — с помощью простого гидротермального синтеза при высокой температуре. Детальные исследования подтвердили, что частицы имеют размер порядка 5 нм (примерно в 20 000 раз меньше зерна песка), хорошо диспергируются в воде и покрыты многочисленными химическими группами, которые обеспечивают их стабильность и яркость. Целенаправленное введение азота в структуру точек усилило их светоизлучение и сделало их поведение особенно подходящим для сенсинга.

Преобразование сдвигов цвета в измерительный инструмент

Ключевая идея датчика — сравнивать сразу два цвета света, а не полагаться на одно свечение. Сами по себе углеродные точки светятся синим при возбуждении, обеспечивая стабильный встроенный опорный сигнал. Моксифлоксацин, напротив, при тех же условиях естественно флуоресцирует циановым цветом. Когда препарат смешивают с углеродными точками и освещают ультрафиолетом, синее излучение точек остаётся почти неизменным, тогда как циановое излучение моксифлоксацина усиливается по мере увеличения концентрации препарата. Отношение интенсивностей цианового к синему свету позволяет в значительной степени компенсировать распространённые источники погрешностей — изменения яркости лампы, концентрации зонда или небольшие колебания температуры — и даёт более надёжную оценку количества антибиотика в образце.

От лабораторных приборов к показаниям смартфона

С помощью стандартного лабораторного флуорометра команда показала, что этот двуцветный подход позволяет обнаруживать чрезвычайно низкие уровни моксифлоксацина в воде — до десятков миллиардных молей на литр — в полезном рабочем диапазоне. Затем они перенесли ту же концепцию в полевой формат: растворы помещали в прозрачные пробирки внутри простой тёмной коробки, освещали ручным ультрафиолетовым источником и фотографировали камерой смартфона. Бесплатное приложение для анализа цвета извлекало синюю компоненту каждого изображения, которая предсказуемо менялась с концентрацией препарата. Хотя версия на смартфоне уступает по чувствительности лабораторному прибору, она остаётся более чем достаточной для проверки фармацевтических продуктов и обладает явными преимуществами по скорости, стоимости и портативности.

Тестирование реальных таблеток и избежание ложных срабатываний

Чтобы доказать работоспособность метода в реальных условиях, исследователи проверили коммерческие таблетки моксифлоксацина от разных производителей. После растворения и разведения таблеток они использовали свой флуоресцентный зонд для определения фактического содержания активного вещества. Измеренные значения тесно совпадали с ожидаемыми, а показатели восстановления в основном лежали в диапазоне 93–112%, что свидетельствует о хорошей точности и устойчивости метода. Команда также подвергла датчик испытанию рядом других распространённых антибиотиков и лекарств. Ни одно из них не вызвало такого же сильного изменения цветового соотношения, что демонстрирует селективность зонда в отношении моксифлоксацина, а не просто реакцию на любое присутствующее лекарственное средство.

Более «зелёная» химия для реального мониторинга

Помимо рабочих характеристик, авторы оценили экологичность своего метода. Процесс использует водные растворы, избегает высокотоксичных реагентов, потребляет умеренное количество энергии и генерирует мало отходов. По двум устоявшимся инструментам оценки «зелёной аналитики» метод получил высокие оценки, выгодно сравниваясь со многими существующими техниками, которые часто опираются на большие объёмы органических растворителей и сложное оборудование. На практическом уровне это означает, что тот же сенсор, который помогает отслеживать антибиотик, связанный с устойчивостью, можно производить и применять с меньшим воздействием на окружающую среду.

Что это даёт в будущем

Сочетая яркие азот-допированные углеродные точки с природным свечением моксифлоксацина и повсеместной камерой смартфона, это исследование предоставляет чувствительный, селективный и экологичный способ контроля широко используемого антибиотика. Проще говоря, это простой тест на изменение цвета — видимый невооружённым глазом или считываемый телефоном — который может проверить качество таблеток, поддержать рутинный контроль в аптеках и в перспективе помочь мониторить загрязнение воды или пищи. Подход также служит моделью для создания аналогичных портативных тестов для других лекарств, способствуя лучшему использованию антибиотиков и более оперативному общественному надзору за здоровьем.

Цитирование: Mohammed, S.J., Alshatteri, A.H. & Abubakr, S.A. Nitrogen-doped carbon dot-based dual-emission ratiometric probe for smartphone-assisted ultrasensitive detection of moxifloxacin. Sci Rep 16, 14354 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45081-4

Ключевые слова: датчик моксифлоксацина, углеродные точки, ратиометрическая флуоресценция, диагностика со смартфоном, зеленая аналитическая химия