錢(qián)敏捷，胡 欽

(揚州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚州 225001)

摘 要：碳點(diǎn)是近幾年興起的一種熒光碳納米材料。碳點(diǎn)所呈現出來(lái)的優(yōu)勢包括毒性低、成本低、操作簡(jiǎn)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、醫學(xué)成像設備、食品藥品分析檢測方法上具有很大的的應用前景。本文概述了碳點(diǎn)的熒光性質(zhì)，常見(jiàn)的合成方法以及在食品安全檢測方面的主要應用，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;應用

碳點(diǎn)(CDs)在2004年被XU等[1]首次發(fā)現，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(guò)程中偶然發(fā)現了帶有熒光性質(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(lèi)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(zhù)科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，食品的種類(lèi)越來(lái)越多樣化，與此同時(shí)，新的食品安全問(wèn)題[3]不斷涌現，碳點(diǎn)與表面增強拉曼光譜(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)光機理

碳點(diǎn)的發(fā)光機理仍有待探索，目前沒(méi)有準確統一的說(shuō)法來(lái)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)有不同的結構，其發(fā)光機理也可能因為結構不同而有所不同。根據現有的研究，目前大多數研究者都比較支持表面缺陷態(tài)熒光機理等。

1.2 抗光漂白性和光穩定性

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

1.3 激發(fā)依賴(lài)性

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

2 碳點(diǎn)的合成

合成碳點(diǎn)主要的合成策略有兩類(lèi)，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(guò)一系列物理化學(xué)的操作獲得納米級材料的方法，而自下而上法是將小分子化合物通過(guò)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(mǎn)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，以水或有機物作溶劑，小分子可以在溶劑里經(jīng)過(guò)脫水、聚合、碳化和鈍化等過(guò)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(guò)尋找簡(jiǎn)易的物質(zhì)充當模板，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)在食品檢測的應用

食品安全一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)話(huà)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)準確的食品檢測方法。碳點(diǎn)的熒光探針具有制備簡(jiǎn)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)域具有應用前景。

2.2 重金屬離子檢測

一些工廠(chǎng)排放的廢氣、廢水不僅會(huì )污染環(huán)境，還容易影響附近農作物質(zhì)量。廢氣、廢水中含有的金屬離子，例如鉛、汞、鎘等，長(cháng)期在人體內積累會(huì )產(chǎn)生毒害作用。然而，人們通過(guò)研究發(fā)現重金屬離子能夠與碳點(diǎn)表面的羧基、巰基相結合進(jìn)而猝滅碳點(diǎn)的熒光，因此可應用碳點(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)，分別為藍色和綠色，將兩種碳點(diǎn)等比例混合后，發(fā)現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(cháng)食品保存時(shí)間、增強食品風(fēng)味、改善食品品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，但食品添加劑的過(guò)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。據相關(guān)研究發(fā)現，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菌感染或微生物感染等疾病，但濫用后細菌會(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(cháng)時(shí)期大量使用會(huì )使人體產(chǎn)生毒副作用。YU等以賴(lài)氨酸為原材料，通過(guò)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)現其熒光猝滅效果不同，因此可以根據猝滅效果的差異對抗生素進(jìn)行定性分析。

3 結語(yǔ)

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(jiǎn)便、生物相容性好。深入研究發(fā)現，碳點(diǎn)在實(shí)際應用中還存在一些問(wèn)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，但對其進(jìn)行目的性的調節來(lái)提高熒光量子產(chǎn)率仍待進(jìn)一步研究。②碳點(diǎn)沒(méi)有明確的發(fā)光機理，內部結構和官能團分布也不確定。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(lái)科研人員的鉆研方向。

參考文獻

[1]XU X,RAY R,GU Y,et al.Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments[J].Journal of the American Chemical Society,2004,126(40):12736-12737.

[2]SUN Y P,ZHOU B,LIN Y,et al.Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence[J].Journal of the American Chemical Society,2006,128(24):7756-7757.

[3]DIOGO T C,VERIDIANA V R,MARIANA B P.et al.The differences between observed and self-reported food safety practices:A study with food handlers using structural equation modeling[J]Food Research International,2019,125:108637.

[4]DENG D,LIN Q Y,LI H,et al.Rapid detection of malachite green residues in fish using a surface-enhanced Raman scattering-active glass fiber paper prepared by in situ reduction method[J].Talanta,2019,200:272-278.

[5]CHEN G Y,MIAO S.HPLC determination and MS confirmation of malachite green, gentian violet, and their leuco metabolite residues in channel catfish muscle[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58(12):7109-7114.