Новости

Jun 15, 2023

Новый метод преодоления влияния потока жидкости в углеродных квантовых точках/бумаге

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 17861 (2022) Ссылаться на эту статью 1638 Доступов 1 Цитирований 1 Подробности об альтернативных метриках Бумажные аналитические устройства являются многообещающим выбором для быстрых тестов.

Том 12 научных докладов, номер статьи: 17861 (2022) Цитировать эту статью

1638 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Аналитические устройства на бумажной основе являются многообещающим выбором для быстрых тестов и методов лабораторного обнаружения. Углеродные квантовые точки (CQD), с другой стороны, представляют собой биосовместимые наноматериалы, которые являются перспективными в промышленном отношении благодаря их быстрым и экономически эффективным методам синтеза в граммовом масштабе, а также их значительно высоким и стабильным свойствам фотолюминесценции (ФЛ), которые долговечны и надежны более года. Однако существуют ограничения в улавливании CQD на целлюлозной бумаге таким образом, что на их PL не влияет течение CQD с потоком аналитической жидкости, что делает датчики менее точными при очень низких концентрациях жидких аналитов. Таким образом, в этом исследовании систематически создавался и разрабатывался метод на основе поливинилового спирта/щелочи для улавливания ККТ внутри трехмерной кристаллической матрицы на бумаге таким образом, чтобы их можно было использовать непосредственно в качестве зондов для простого метода «капля и обнаружения». . В качестве доказательства концепции CQD, легированная N/P, на целлюлозной бумаге была использована для изготовления аналитических устройств на основе флуоресцентной бумаги для выявления следов Hg2+ в концентрации около 100 частей на миллиард. Разработанный датчик тестировался в течение нескольких месяцев с целью изучения его долговечности и функциональности в течение длительного времени для потенциального промышленного применения.

Углеродные квантовые точки (CQD) — это класс наноматериалов, известный своими значительными фотолюминесцентными свойствами (ФЛ), методами быстрого и граммового синтеза, а также биосовместимостью и простотой функционализации поверхности. Они могут излучать волны различной длины, в зависимости от их размера (основного влияющего фактора), конфигурации краев, химической структуры и легирования гетероатомами, которые обычно сохраняются в течение нескольких месяцев1. Эта особенность делает CQD перспективными зондами для простого аналитического мониторинга различных экологически и биологически важных аналитов.

С другой стороны, полимеры — это материалы, которые используются в повседневной жизни для широкого спектра применений. Миры полимеров и CQD встречаются по-разному; Полимеры могут использоваться либо в качестве прекурсоров в процессе синтеза ККТ, либо в качестве инструментов модификации поверхности, либо в качестве вспомогательных матриц для удержания в них ККТ и создания флуоресцентных композитов. В последние годы CQD все чаще конъюгируют с полимерными матрицами и полимерными гелями для различных приложений2,3,4, начиная от биологических приложений, таких как биовизуализация и доставка лекарств или противораковые агенты и пластыри для заживления ран, до небиологических приложений, таких как обнаружение, суперконденсаторы. , электрокатализ и светодиоды5,6,7,8,9.

Среди природных полимеров целлюлозная фильтровальная бумага обычно рассматривается как многообещающая основа для использования в создании различных сенсорных и разделительных устройств на основе CQD или других функциональных гостевых веществ. Они обладают надлежащей пористостью, биоразлагаемостью, гибкостью, а также большой площадью поверхности естественного белого цвета, что обеспечивает возможность их использования в качестве целлюлозных материалов с инженерными свойствами10. Кроме того, целлюлоза является химически инертным полимером. Следовательно, в природном полимере могут быть иммобилизованы различные функциональные вещества, не предполагающие взаимодействия между хозяином и гостем, такие как другие полимеры, наночастицы, белки, ДНК и небольшие молекулы11. Таким образом, ожидается, что на основе считывания сигналов флуоресценции будет создан широкий спектр чувствительных к стимулам интеллектуальных платформ обнаружения и мониторинга различных биомаркеров заболеваний и загрязнений окружающей среды12,13,14.

Разработка устройств на основе гидрофильной целлюлозы или нитроцеллюлозы началась менее десяти лет назад для удовлетворения растущей потребности в портативных медицинских диагностических системах, предназначенных для использования в местах оказания медицинской помощи. Аналитические устройства на бумажной основе (PAD) просты в использовании, удобны для неспециалистов и могут иметь настраиваемые аналитические характеристики. Эти устройства обычно состоят из нескольких пулов обнаружения гидрофильной бумаги, содержащих CQD. Дополнительным преимуществом является то, что когда CQD встроены внутрь PAD, иммобилизация CQD в структуру природного полимерного каркаса способствует усилению их ФЛ за счет предотвращения тушения флуоресценции, вызванного агрегацией. Однако чувствительность обнаружения по-прежнему является решающим фактором, который необходимо улучшить. Когда CQD-PAD изготавливаются путем высыхания капель CQD на бумаге, на сигнал флуоресценции датчика влияет капля воды на флуоресцентное пятно. Это явление наблюдается потому, что CQD на бумаге движутся вместе с потоком капающего холостого образца, создавая более темную область. Следовательно, необходимо предотвратить их скольжение с потоком жидких проб для достижения более точных результатов при низких концентрациях.