利用可持续荧光纳米材料，通过智能手机辅助实现铜离子的即时检测（即“point-of-care sensing”）

通过水热法利用Hibiscus rosa-sinensis花朵合成未功能化碳量子点（CQDs），结合荧光光谱和智能手机辅助的纸基传感器实现Cu2+高效检测，灵敏度和线性范围优异，证实了CQDs的石墨特性。

　　

Nagalekshmi Sivakumar Akshaya | Dhesingh Ravi Shankaran

纳米生物材料与传感器实验室，国家纳米科学与纳米技术中心，马德拉斯大学，Guindy校区，金奈-600 025，印度

摘要

食品和饮料中污染物的日益普遍引发了严重的健康问题。荧光纳米材料因其低成本、可定制的合成方法以及独特的性质而受到了广泛关注。本研究旨在通过水热法从木槿（Hibiscus rosa-sinensis）花朵中开发一种可持续的荧光纳米材料（碳量子点，CQDs），无需进行任何功能化处理。合成的CQDs通过多种分析技术进行了研究：紫外-可见光谱在267nm处显示出峰值，拉曼光谱显示D带和G带分别位于1346 cm^?1和1574 cm^?1，表明CQDs具有石墨性质。利用荧光光谱仪研究了CQDs的荧光特性，能够以良好的选择性和灵敏度检测Cu²⁺金属离子。透射电子显微镜（TEM）分析显示CQDs的尺寸为8nm。此外，还开发了一种基于纸张的简单传感器，并结合智能手机进行分析，用于检测Cu²⁺离子，其检测限（LOD）为4.7x10^-3μM。总体而言，本研究提供了一种通过传统方法（荧光光谱仪）和用户友好的纸质试纸（借助智能手机读数）检测Cu²⁺离子的强大工具。

章节摘录

引言

食物对人类健康、生存和身体福祉起着基础性作用，并对环境产生重要影响。多年来，农用化学品的滥用、农药的添加以及工业废物的处理导致了重金属离子的积累。这些重金属离子的自然降解过程较为困难，从而影响了农产品，并通过生物链对食品安全构成严重威胁。

即使这些有毒物质

材料

木槿（H. rosa-sinensis）花朵采集自泰米尔纳德邦的金奈。分析级化学品（如四水合氯化锰、无水氯化铁、六水合氯化镁、三水合醋酸铅、氯化钠、六水合氯化钴、二水合氯化钡、二水合醋酸锌、四水合醋酸镍、五水合铜以及Whatman 1号滤纸）均从孟买的Merck Chemicals公司购买。所有这些化学品均按原样使用，未进行进一步处理。

CQDs的形成

木槿（Hibiscus rosa-sinensis）花朵富含多种植物化学物质，如花青素（氰苷3- sophoroside）、黄酮类（槲皮素、山柰酚、杨梅素、芸香素）、酚酸、单宁、硫胺素、蛋白质、碳水化合物（葡萄糖、果糖、蔗糖和多糖）、强心苷、生物碱以及萜类化合物。这些植物化学物质在水热反应过程中作为碳前体，最终转化为碳质材料。

结论

本研究报道了从可持续材料（木槿花朵）中成功合成CQDs的过程，且无需进行任何功能化处理，适用于检测食品系统中的Cu²⁺金属离子。XRD图谱和拉曼光谱比值（I_D/I_G = 0.83）证实了CQDs的结晶性。荧光光谱仪和智能手机辅助方法分别显示了荧光的淬灭现象及G/B比值。前一种方法计算的检测限（LOD）较低。

作者贡献声明

Ravi Shankaran Dhesingh：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。 Nagalekshmi Sivakumar Akshaya：撰写初稿、实验研究、数据分析、概念构思

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知财务利益或个人关系。