Liaocheng, China (LabNews Media LLC) – Forschende der Liaocheng-Universität haben mit Bor und Stickstoff codotierte Kohlenstoff-Nanopartikel (B,N-CDs) entwickelt, die unter UV-Licht hellblau fluoreszieren und deren Leuchtkraft bei Anwesenheit von Vitamin B12 (VB12) deutlich abnimmt. Die in der Fachzeitschrift Biomedical Analysis veröffentlichte Studie beschreibt eine fluoreszenzbasierte Strategie für den mobilen Nachweis von Vitamin B12 in Lebensmittelproben.
Die Messung von Vitamin B12 in Lebensmitteln erfordert üblicherweise die Probenentnahme im Labor. Gängige Methoden wie Chromatographie und elektrochemische Analyse benötigen komplexe Instrumente, aufwendige Probenvorbereitung oder sorgfältig kontrollierte Bedingungen. Viele Fluoreszenzsonden sind zudem weiterhin an Laborspektrometer gebunden. Um diese Einschränkungen zu überwinden, synthetisierten die Forschenden B,N-CDs mittels eines einstufigen hydrothermalen Verfahrens und untersuchten deren Reaktion auf Vitamin B12.
Entwicklung der Fluoreszenzsonde
Die B,N-CDs wurden aus 3-Aminophenylboronsäure und p-Hydroxybenzaldehyd hergestellt und bildeten wasserdispergierbare Nanopartikel mit einem mittleren Durchmesser von etwa einem Nanometer. Sie zeigten ihre stärkste Fluoreszenzemission bei 475 nm unter 390-nm-Anregung mit einer Quantenausbeute von 18,15 Prozent.
Die Sonde zeigte eine lineare Fluoreszenzreaktion im Bereich von 0 bis 100 ?M und eine Nachweisgrenze von 0,02 ?M. In Selektivitätstests führte Vitamin B12 zu einer deutlichen Fluoreszenzlöschung, während andere getestete B-Vitamine, Aminosäuren, Glucose und gängige kleine Moleküle nur eine geringe vergleichbare Reaktion hervorriefen.
Mechanistische Experimente wiesen nach Angaben der Forschenden darauf hin, dass VB12 mit den Kohlenstoffpunkten assoziiert und einen nicht-lumineszenten Grundzustandskomplex bildet, was zu einer statischen Fluoreszenzlöschung führt. Messungen der Fluoreszenzlebensdauer, UV-Vis-Absorption, Raman-, FT-IR-, XPS-, Partikelgrößen- und Oberflächenladungsmessungen bestätigten diese Wechselwirkung und trugen dazu bei, zu erklären, warum die blaue Fluoreszenz der Sonde mit steigender VB12-Konzentration abnimmt.
Papierstreifen und Wattestäbchen
Um die Sensorreaktion in tragbare Formate zu übertragen, imprägnierte das Team Filterpapier mit B,N-CDs und entwickelte ein Wattestäbchen, das die Fluoreszenzsonde während der Anwendung in den Messbereich abgibt. Unter UV-Licht (365 nm) dunkelten sich beide Formate mit steigender VB12-Konzentration zunehmend ab. Die bildbasierte Analyse des Grün-Blau-Intensitätsverhältnisses (G/B) des Papierstreifens zeigte einen starken linearen Zusammenhang mit der VB12-Konzentration im Bereich von 0 bis 80 ?M (R² = 0,9927).
Das Wattestäbchen wurde so konzipiert, dass es Probenahme, -transfer, -mischung und Signalauslesung in einem Einwegprodukt vereint. Der Messvorgang kann nach Angaben der Forschenden schnell abgeschlossen werden, sobald eine geeignete Probe vorliegt. Sowohl die Streifen als auch die Wattestäbchen behielten unter den untersuchten Lagerbedingungen mindestens 20 Tage lang eine ausreichende Fluoreszenz und VB12-Nachweisleistung bei.
Überprüfung an realen Lebensmittelproben
Die Forschenden testeten die Analysemethode anhand von Eigelb- und Ziegenleberpulverproben und verglichen die quantitativen Messungen mit der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). In Wiederfindungsversuchen mit zugesetzten Substanzen lagen die Wiederfindungsraten zwischen 97,09 und 101,22 Prozent, und die gemessenen Vitamin-B12-Konzentrationen stimmten gut mit den HPLC-Ergebnissen überein. Dies bestätigt nach Angaben der Autoren die Genauigkeit der Methode in den untersuchten Lebensmittelmatrices.
Ausblick
Die Arbeit zeigt, wie sich Kohlenstoffpunktfluoreszenz in visuell ablesbare, tragbare Sensoren integrieren lässt, ohne Einbußen bei Empfindlichkeit oder Selektivität. Die Autoren skizzieren praktische nächste Schritte, darunter den Austausch der UV-Lampe im Labor durch eine kompakte, batteriebetriebene UV-LED und die Integration einer Smartphone-basierten Bildanalyse zur automatisierten Quantifizierung. Da der aktuelle Arbeitsablauf für die Analyse realer Lebensmittelproben noch eine Probenvorbereitung im Labor vor der Messung erfordert, sei eine weitere Vereinfachung für den praktischen Einsatz vor Ort unerlässlich.
Originalpublikation: Portable detection of vitamin B12 using fluorescence quenching method of boron and nitrogen co-doped carbon dots. Biomedical Analysis, 10. September 2026.
DOI: 10.1016/j.bioana.2026.08.003
