Чистые и легированные углеродные квантовые точки в качестве флуоресцентных зондов для обнаружения фенольных соединений и антибиотиков в аквариумах.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12863 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Остатки антибиотиков и органические химические вещества, образующиеся в результате постоянного изменения климата, урбанизации и растущего спроса на продовольствие, оказывают пагубное воздействие на защиту окружающей среды и здоровья человека. Итак, мы создали уникальный флуоресцентный наносенсор на основе B, N-CQD (углеродные квантовые точки, легирующие бор и азот) для исследования новых методологий зондирования для точной и концентрированной идентификации антибиотиков и веществ, производных фенола, чтобы гарантировать, что они включены в разрешенные проценты. . В нашем исследовании свежеприготовленные высокофлуоресцентные B, N-CQD имели ограниченный диапазон размеров от 1 до 6 нм и средний размер 2,5 нм. Новые B,N-CQD показали высокую чувствительность и селективность к производным фенольных групп, таким как гидрохинон, резорцин и парааминофенол, а также к органическим растворителям, таким как гексан, с низкими пределами обнаружения 0,05, 0,024, 0,032 и 0,013 мкМ соответственно в водная среда. Зонды B и N-CQD с высокой флуоресценцией были исследованы с использованием просвечивающей электронной микроскопии (TEM), рентгеновской дифракции (XRD), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) и UV/VIS-спектроскопии. Результаты сравнивались с углеродными квантовыми точками (CQD), ранее созданными из мочевины.

Изменение климата и рост населения мира увеличили спрос на продукты питания и лекарства. Обеспокоенность по поводу рыболовства привела к неправильному использованию антибиотиков, поскольку ими злоупотребляли. В 2010 году было использовано около 63 000 тонн антибиотиков, а к 2030 году, по прогнозам, эта цифра вырастет до 107 000 тонн1. Использование антибиотиков в таких больших количествах в водной среде обитания может повысить риск появления микроорганизмов, устойчивых к антибиотику. Ежегодно более 700 000 человек умирают от болезней, вызванных бактериями, устойчивыми к антибиотикам, что делает это серьезной проблемой в нашем обществе. К 2050 году, если не остановить это число, оно может достичь 10 миллионов2.

В результате сброса загрязненных сточных вод в результате промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятельности в водных объектах присутствуют фенольные соединения. Эти вещества общепризнаны как опасные и негативно воздействующие на людей и животных. Гидрохинон, одно из первичных производных фенола, является хорошо известным гепатотоксичным и канцерогенным химическим веществом3. Недавние исследования показали, что гидрохинон может увеличить риск рака, повреждая ДНК и ослабляя иммунную систему4. Аминофенолы являются потенциально опасными и мутагенными химическими веществами, которые используются или выделяются в промышленном, медицинском и сельскохозяйственном секторах5,6. Парааминофенолы (ПАП) также используются в качестве сырья для производства парацетамола, одного из наиболее распространенных лекарств в мире. Они уже давно доступны для перорального применения7. Количество ЛАП в мире увеличивается со скоростью 5% в год. ПАП вызывает нефротоксичность и, как и парацетамол, гепатотоксичность8. Более того, (PAP) отрицательно влияет на водную жизнь9,10. Поэтому крайне важно искать высокоэффективные, экологически чистые и стабильные нетоксичные технологии.

Благодаря своим исключительным характеристикам, таким как превосходная нетоксичность и биосовместимость, механическая прочность и термическая стабильность, наноматериалы на основе углерода в последнее время привлекают большой исследовательский интерес. Эти характеристики открывают многочисленные возможности в различных областях исследований11,12. Углеродные квантовые точки (CQD) представляют собой нульмерные (0D) материалы со средним размером менее 10 нм13. CQD имеют широкий спектр применений в области здравоохранения и окружающей среды14.

Из-за потенциала новых исследований механизмов и усовершенствованных будущих методов обнаружения различных химических веществ в окружающей среде датчики на основе CQD стали предметом серьезных исследований. Было предложено сделать его многообещающей стратегией для обнаружения загрязняющих веществ и мониторинга окружающей среды15,16 из-за их высокой фотостабильности, биосовместимости, относительной силы флуоресценции и контролируемого потенциала фотолюминесценции для функционализации поверхности17. Было показано, что легирование ККТ N-, P-, S-, B- и другими гетероатомами изменяет их запрещенную зону и электронную плотность, увеличивая их квантовый выход и расширяя диапазон их применения18. Легированные CQD успешно обнаруживают нежелательные фармацевтические препараты и загрязнители окружающей среды, такие как пестициды, антибиотики, фенольные химикаты, полиароматические углеводороды и ионы тяжелых металлов19.