熒光碳點(diǎn)在食品檢測中的應(yīng)用

錢敏捷 胡欽

摘 要：碳點(diǎn)是近幾年興起的一種熒光碳納米材料。碳點(diǎn)所呈現(xiàn)出來的優(yōu)勢包括毒性低、成本低、操作簡單、靈敏度高和生物相容性好等方面，因此在改進(jìn)生物傳感器、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、食品藥品分析檢測方法上具有很大的的應(yīng)用前景。本文概述了碳點(diǎn)的熒光性質(zhì)，常見的合成方法以及在食品安全檢測方面的主要應(yīng)用，并對碳點(diǎn)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：碳點(diǎn);熒光;食品檢測;應(yīng)用

碳點(diǎn)（CDs）在2004年被XU等[1]首次發(fā)現(xiàn)，他們在采用電泳純化法分離分析單壁碳納米管懸浮液的過程中偶然發(fā)現(xiàn)了帶有熒光性質(zhì)的碳納米顆粒;在2006年，SUN等[2]用激光刻蝕的方法獲得了熒光碳納米顆粒，并將這類帶有熒光性質(zhì)的碳納米顆粒命名為碳點(diǎn)。

民以食為天，隨著科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，食品的種類越來越多樣化，與此同時(shí)，新的食品安全問題[3]不斷涌現(xiàn)，碳點(diǎn)與表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）[4]和高效液相色譜（HPLC）[5]等常用的食品檢測方法相較而言具有一定的優(yōu)勢，因此碳點(diǎn)在食品安全檢測中的應(yīng)用受到了許多科研人員的關(guān)注。

1 碳點(diǎn)的熒光性質(zhì)

1.1 發(fā)光機(jī)理

碳點(diǎn)的發(fā)光機(jī)理仍有待探索，目前沒有準(zhǔn)確統(tǒng)一的說法來進(jìn)行完整的闡述。碳點(diǎn)的制備方法很多，不同的方法所制成的碳點(diǎn)有不同的結(jié)構(gòu)，其發(fā)光機(jī)理也可能因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同而有所不同。根據(jù)現(xiàn)有的研究，目前大多數(shù)研究者都比較支持表面缺陷態(tài)熒光機(jī)理等。

1.2 抗光漂白性和光穩(wěn)定性

在合成碳點(diǎn)的過程中，其抗光漂白性會(huì)隨著反應(yīng)的時(shí)間和溫度的變化而改變。WANG等合成碳點(diǎn)的過程中改變反應(yīng)的時(shí)間和溫度等因素后發(fā)現(xiàn)，碳點(diǎn)的量子產(chǎn)率（QY）會(huì)隨著這些因素的增加而降低，但是抗光漂白性卻有所增強(qiáng)。XIONG等發(fā)現(xiàn)，碳點(diǎn)的碳化度越高，其光穩(wěn)定性越強(qiáng)，因?yàn)樘蓟|(zhì)能夠減少光化學(xué)損傷。

1.3 激發(fā)依賴性

碳點(diǎn)的熒光特性有兩個(gè)重要的參數(shù)，分別是發(fā)射波長和量子產(chǎn)率。目前所研究的大部分碳點(diǎn)的發(fā)射波長具有較強(qiáng)的激發(fā)依賴性，其中，碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)即缺陷態(tài)、官能團(tuán)和尺寸等方面會(huì)影響碳點(diǎn)的激發(fā)光依賴性。

2 碳點(diǎn)的合成

合成碳點(diǎn)主要的合成策略有兩類，包括自上而下法和自下而上法。自上而下法有電弧放電法、激光刻蝕法、電化學(xué)方法和化學(xué)剝落法4種。自上而下法是通過一系列物理化學(xué)的操作獲得納米級(jí)材料的方法，而自下而上法是將小分子化合物通過化學(xué)合成的方式合成碳量子點(diǎn)。

自下而上法的操作條件更容易得到滿足，獲得的碳源也較為豐富。水（溶劑）熱法是自下而上法中的一種，以水或有機(jī)物作溶劑，小分子可以在溶劑里經(jīng)過脫水、聚合、碳化和鈍化等過程合成碳點(diǎn)，除此以外，還有微波輔助法和模板法。微波輔助法中，分子受到電磁波的影響而振動(dòng)并相互碰撞，使得碳量子點(diǎn)合成的時(shí)間有所減少;模板法能夠控制碳點(diǎn)的形貌和尺寸，通過尋找簡易的物質(zhì)充當(dāng)模板，并將所需要的材料填入模板，抽去模板即可得到一樣尺寸形貌的碳量子點(diǎn)。

2.1 碳點(diǎn)在食品檢測的應(yīng)用

食品安全一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)話題，為了檢測食品中可能存在的損害或威脅人體健康的有毒有害物質(zhì)，科研人員仍在不斷探索更先進(jìn)準(zhǔn)確的食品檢測方法。碳點(diǎn)的熒光探針具有制備簡單、靈敏度高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此熒光碳點(diǎn)探針在食品檢測這一領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

2.2 重金屬離子檢測

一些工廠排放的廢氣、廢水不僅會(huì)污染環(huán)境，還容易影響附近農(nóng)作物質(zhì)量。廢氣、廢水中含有的金屬離子，例如鉛、汞、鎘等，長期在人體內(nèi)積累會(huì)產(chǎn)生毒害作用。然而，人們通過研究發(fā)現(xiàn)重金屬離子能夠與碳點(diǎn)表面的羧基、巰基相結(jié)合進(jìn)而猝滅碳點(diǎn)的熒光，因此可應(yīng)用碳點(diǎn)法對食品中的重金屬進(jìn)行檢測。LI等用檸檬酸、尿素和草酸為原材料制備出兩種顏色的碳點(diǎn)，分別為藍(lán)色和綠色，將兩種碳點(diǎn)等比例混合后，發(fā)現(xiàn)其具有更高的靈敏度，能夠更加有效地檢測出汞離子的含量。

2.3 食品添加劑檢測

食品添加劑具備延長食品保存時(shí)間、增強(qiáng)食品風(fēng)味、改善食品品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，但食品添加劑的過量使用會(huì)對人體健康產(chǎn)生巨大危害，因此碳點(diǎn)對于食品添加劑檢測具有重要意義。據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，采用檸檬酸鈉和聚乙烯亞胺為原材料制備出的熒光碳點(diǎn)，可應(yīng)用于食品添加劑特丁基對苯二酚（TBHQ）的檢測。

2.4 抗生素檢測

抗生素主要用于治療細(xì)菌感染或微生物感染等疾病，但濫用后細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生一定耐藥性，使藥物失去作用，且不同的抗生素對人體均有不同程度的傷害，長時(shí)期大量使用會(huì)使人體產(chǎn)生毒副作用。YU等以賴氨酸為原材料，通過微波輔助法制備碳點(diǎn)，在290 nm和365 nm處激發(fā)多西環(huán)素等7種抗生素，發(fā)現(xiàn)其熒光猝滅效果不同，因此可以根據(jù)猝滅效果的差異對抗生素進(jìn)行定性分析。

3 結(jié)語

作為備受關(guān)注的一種熒光納米材料，碳點(diǎn)具有良好的熒光性質(zhì)，且操作簡便、生物相容性好。深入研究發(fā)現(xiàn)，碳點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題。①碳點(diǎn)表面利用率較低，雖然碳點(diǎn)含有豐富的表面官能團(tuán)，但對其進(jìn)行目的性的調(diào)節(jié)來提高熒光量子產(chǎn)率仍待進(jìn)一步研究。②碳點(diǎn)沒有明確的發(fā)光機(jī)理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)分布也不確定。③碳點(diǎn)的靈敏度和抗干擾性也有提升的空間。以上這些都是未來科研人員的鉆研方向。

參考文獻(xiàn)

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