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Jun 17, 2023

炭素量子ドット/紙における流体の流れの影響を克服する新しい技術

Scientific Reports volume 12、記事番号: 17861 (2022) この記事を引用 1669 アクセス 1 引用 1 Altmetric Metrics の詳細 紙ベースの分析装置は、迅速なテストの有望な選択肢です

Scientific Reports volume 12、記事番号: 17861 (2022) この記事を引用

1669 アクセス

1 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

紙ベースの分析デバイスは、迅速なテストやラボオンチップ検出技術にとって有望な選択肢です。 一方、カーボン量子ドット (CQD) は生体適合性ナノ材料であり、高速かつコスト効率の高いグラムスケール合成技術と、非常に高く安定したフォトルミネッセンス (PL) 特性により、産業的に有望です。耐久性があり、1 年以上信頼できます。 しかし、セルロース紙上の CQD の捕捉には、検体流体の流れによる CQD の流れによって PL が影響を受けないようにするには限界があり、液体検体の濃度が非常に低い場合にはセンサーの精度が低下します。 したがって、この研究では、単純な滴下検出法のプローブとして直接使用できる方法で、紙上の 3D 結晶マトリックス内に CQD を閉じ込めるために、ポリビニル アルコール/アルカリベースの方法が体系的に生成および開発されました。 。 概念実証として、セルロース紙上の N/P ドープ CQD を使用して、約 100 ppb の微量の Hg2+ を識別するための蛍光紙ベースの分析デバイスが作成されました。 設計されたセンサーは、潜在的な産業用途に向けて、長期間にわたる耐久性と機能性を研究するために、数か月にわたってテストされました。

カーボン量子ドット (CQD) はナノマテリアルの一種で、優れたフォトルミネッセンス (PL) 特性、グラムスケールの高速合成技術、生体適合性と表面官能化の容易さで有名です。 それらは、主な影響要因としてのサイズ、エッジ構成、化学構造、およびヘテロ原子ドーピングに応じて、さまざまな異なる波長を放射することができ、一般に数か月以上耐久性があります1。 この特徴により、CQD は、環境上および生物学的に重要なさまざまな分析物の簡単な混合と検出の分析モニタリング用のプローブとして有望になります。

一方、ポリマーは日常生活の中で幅広い用途に使用されている材料です。 ポリマーと CQD の世界はさまざまな方法で互いに出会います。 ポリマーは、CQD の合成プロセスの前駆体として使用することも、表面修飾ツールとして、または CQD を保持して蛍光複合体を作製するための支持マトリックスとして使用することもできます。 近年、CQD は、バイオイメージングや薬物送達、抗がん剤や創傷治癒パッチなどの生物学的用途から、検出、スーパーキャパシタなどの非生物学的用途に至るまで、さまざまな用途のためにポリマーマトリックスやポリマーゲルにますます複合化されています 2,3,4。 、電極触媒作用および発光ダイオード5、6、7、8、9。

天然ポリマーの中でも、セルロース系濾紙は一般に、CQD またはその他の機能性ゲスト物質に基づくさまざまなセンシングおよび分離デバイ​​スの作製に利用できる有望な足場とみなされています。 これらは、適切な多孔性、生分解性、柔軟性に加えて、自然な白色の大きな表面積を備えており、工学的特性を備えたセルロース系材料として機能化する可能性をもたらします10。 さらに、セルロースは化学的に不活性なポリマーです。 したがって、天然ポリマーは、他のポリマー、ナノ粒子、タンパク質、DNA、小分子など、ホストとゲストの間の相互作用を期待せずに、さまざまな機能性物質の固定化をホストできます11。 したがって、蛍光信号の読み取りに基づいて、さまざまな疾患バイオマーカーや環境汚染に対する広範な刺激応答性のスマートセンシングおよびモニタリングプラットフォームが達成されることが期待されています12、13、14。

親水性セルロースまたはニトロセルロースベースのデバイスの開発は、携帯型のポイントオブケア医療診断システムに対するニーズの高まりに応えるために、10 年も前に始まりませんでした。 紙ベースの分析デバイス (PAD) は使いやすく、専門家でなくても使いやすく、分析パフォーマンスを調整できます。 これらのデバイスは通常、CQD を保持するいくつかの親水性紙検出プールで構成されます。 さらなる利点として、CQD が PAD 内に埋め込まれている場合、天然ポリマー足場の構造への CQD の固定化により、凝集による蛍光消光が防止され、PL の向上に貢献します。 しかしながら、検出感度は依然として改善が必要な重要な要素である。 CQD ドロップを紙の上で乾燥させて CQD-PAD を作成する場合、センサーの蛍光信号は蛍光スポットに滴下した水によって影響を受けます。 この現象は、滴下したブランクサンプルの流れに合わせて紙上のCQDが移動し、より暗い領域ができるために観察されます。 したがって、低濃度でより正確な結果を得るには、液体サンプルの流れによる滑りを防ぐ必要があります。