厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心，福建 厦门 361104
荧光碳量子点作为一种特殊的量子点，具有卓越的荧光性能以及可调控的表面化学性质，在生物成像、疾病诊断和治疗等生物医药领域中备受瞩目。基于近期的文献报道，详细介绍和总结了碳点在医药领域中的应用及其相关机制和特性。概述了碳点在生物医药应用中所面临的挑战，并提出了潜在的解决方案。最后，对未来的研究方向提出了建议，以期进一步拓展碳点在生物医药领域中的应用范围，为医学领域的创新和发展提供理论依据。
生物光学 碳量子点 生物成像 疾病诊断 疾病治疗
1 辽宁科技大学 化学工程学院， 辽宁 鞍山 114051
2 河北工业职业技术大学， 河北 石家庄 050091
以海拉尔褐煤热解萃取物为碳源，HNO3为氮源，通过一步水热法合成了氮掺杂煤基碳量子点（N?CQDs），将N?CQDs作为荧光探针，通过荧光猝灭法可选择性识别环境水中的Cr（Ⅵ）。利用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、荧光分光光度计等手段对N?CQDs的形貌、结构、组成和光学性质进行表征。结果表明，该N?CQDs在水中具有良好的分散性，平均粒径为2.01 nm，表面含有丰富的羟基、羧基、环氧基和硝基等含氧、含氮官能团。N?CQD的量子产率（QY）为1.36%，在340 nm激发光照射下发出黄绿色荧光（556 nm），且发射波长不依赖于激发波长（280～440 nm）。N?CQDs的pH值在4～11之间、低氯化钠浓度及长时间存放情况下，仍表现出优异的光学稳定性。分析多种阴离子对其荧光强度的猝灭影响，当Cr（Ⅵ）在0～200 μmol/L时，N?CQD荧光强度（F0/F）与Cr（Ⅵ）浓度呈现良好的线性关系，检测限为0.56 μmol/L，实际水样的检测结果与ICP?OES检测结果一致。
碳量子点 Cr（VI） 离子检测 carbon quantum dots Cr（Ⅵ） ion detection
中南民族大学生物医学工程学院, 湖北 武汉 430074 中南民族大学认知科学国家民委重点实验室, 湖北 武汉 430074中南民族大学医学信息分析及肿瘤诊疗湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430074
碳量子点 (CQDs) , 一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料, 是近年来生物传感应用研究的热点材料。 铅在化妆品、 工业污染等环境的来源众多, 吸入或误食吸附在颗粒物上的铅都会造成铅中毒, 从而引发各种疾病, 因此快速检测Pb2+含量在临床医学应用中极其重要。 基于CQDs的荧光特性, 提出了一种新型蓝、 红双发射比率荧光探针用于快速检测Pb2+含量, 采用透射电子显微镜、 荧光光谱等多种手段对探针的形态结构与性质进行表征、 检测和分析, 对Pb2+响应探针的光学特性以及应用可行性等进行了深入研究。 双发射碳点通过与自身的对比标定, 有效避免外界环境的干扰, 从而提高对被测物浓度的检测效果和灵敏度。 该探针采用水相合成, 步骤简单可重复性高, 且能够在短短几秒内对Pb2+实现快速响应, 检测过程无需借助大型仪器, 仅在紫外灯辅助下便可裸眼观测到比率探针荧光从蓝色到红色的变化, 可用于即时检测。 在符合目前医学应用的Pb2+浓度范围0~0.5 mg·L-1内, 两种荧光基团之间的荧光强度比IBCDs/IRCDs与其浓度具有良好的线性关系, R2=0.987 44, 检出限为0.013 6 mg·L-1。 选取Zn2+、 Fe3+、 K+等十种金属干扰离子对探针的荧光传感性能进行研究, 分析表明该探针对Pb2+具有良好的特异选择性, 并在不同pH环境和孵育时间下测量铅响应, 研究探针的稳定性。
碳量子点 比率荧光探针 荧光猝灭 即时检测 铅离子 Carbon quantum dots Ratio fluorescent probe Fluorescence quenching Immediate detection Lead ions 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3788
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
3 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
4 恒迈光学精密机械（杭州）有限公司，浙江 杭州 311421）
荧光碳量子点是一种新型的光致发光纳米材料，由于其具有稳定的发光性能、丰富的表面官能团、安全无毒、生物相容性好、成本低廉等优势，在潜指纹检测和识别领域有着极大的应用前景。潜指纹是指人的手指分泌物留在固体接触面上靠肉眼难以分辨的痕迹，需要借助物理或化学方法以有效地显现和提取。到目前为止，关于碳量子点显影潜指纹并与计算机技术结合精确识别指纹的研究鲜有报道。以邻苯二胺为前驱体，以草酸锌为修饰剂，采用一步溶剂热法成功合成了红色荧光碳量子点，将红色荧光碳量子点与聚乙烯吡咯烷酮混合，干燥研磨后制备出均匀分散、量子产率高达27 %的红色固态荧光碳量子点，并成功应用于多种基底上潜指纹的增强检测。为了精确评价显影潜指纹与目标对照指纹之间的相似度，通过结构相似度算法进行相似度分析，锡纸上潜指纹的匹配度高达90.5 %，表明红色固态荧光碳量子点结合数字处理程序能很好地显影和精确识别潜指纹，在刑事侦查领域具有极大的应用前景。
固态碳量子点 红色荧光 潜在指纹 人工智能 solid carbon quantum dots red fluorescence latent fingerprints artificial intelligence
1 延安大学 化学与化工学院，延安市分析技术与检测重点实验室，陕西 延安 716000
2 中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102
3 延安大学 医学院，陕西 延安 716000
以葡萄糖为碳源、对苯二胺为氮源，一步水热法合成了新型双发射荧光碳量子点（GP?CQDs），对该GP?CQDs的形貌及光谱特性进行了研究。实验发现，在单一波长λex=300 nm激发下，该GP?CQDs于348 nm和452 nm处有双发射荧光信号。将MnO4-加入GP?CQDs溶液，GP?CQDs于452 nm处的荧光信号完全猝灭，而348 nm处的信号基本不变。于上述猝灭体系中继续加入S2-，其于425 nm处产生新的荧光发射峰，相较于GP?CQDs原452 nm处的荧光信号，发射峰位置发生蓝移，且发射峰强度随S2-的浓度增加线性增强，而348 nm处的信号无增敏现象。根据该现象，以425 nm处的荧光峰为响应信号、348 nm荧光峰为参比信号，可直接构建基于S2-测定的比率荧光传感探针。实验对该探针的构建条件及分析性能进行了优化，当S2-浓度在3.1×10-8 ~ 8.0×10-6 mol/L范围内时，与348 nm和425 nm两处的荧光强度比值（I425/I348）呈现良好的线性关系，检出限为9.41×10-9 mol/L（3σ/k）。对MnO4-及S2-与GP?CQDs的作用机理进行了探讨。该方法简单、快速、灵敏度高，用于环境水样中S2-的测定，结果满意。
硫离子（S2-） 双发射荧光碳量子点 比率荧光传感器 sulfur ion dual-emission carbon quantum dots ratio fluorescence probe
1 南宁海关技术中心, 广西 南宁 530021
2 广西大学化学化工学院, 广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室, 广西 南宁 530004
环境和农产品中乐果的残留, 对人体和生态环境都造成了巨大的威胁。 急需构建一种高效、 简便及廉价的检测方法用于乐果的快速检测。 通过对木糖和碳酸氢铵进行简单的水热处理, 成功制备了掺杂氮型碳量子点(N-CQDs)。 N-CQDs的激发光谱表明, 其在238和330 nm 处各有一个荧光中心, 它们的荧光发射中心均位于402 nm左右。 随着乐果的不断加入, 238 nm激发的发射光谱能在1 min内被有效猝灭, 而330 nm激发的发射光谱荧光变化不明显, 基于此构建了比率型荧光探针用于乐果的快速检测。 在最佳反应条件下, 比率型荧光探针对乐果的检测范围为2~100和100~180 ng·mL-1, 检出限为0.67 ng·mL-1。 常见的离子和农药对乐果的干扰不大, 表明该比率型荧光探针无需特异性酶的标记即可对乐果显示出良好的选择性。 该方法用于实际火龙果样品中乐果的检测, 并与国家标准规定的气相色谱-质谱法（GC-MS）比较。 所建立的方法在实际火龙果样品检测中回收率在92.55%~102.24%之间, 其相对标准偏差（RSD）小于3.62%（n=3）。 而国标规定的GC-MS法的回收率在84.22%~100.64%之间, RSD在2.95%~10.95%（n=3）之间。 结果表明, 与GC-MS法相比, 所建立的比率型荧光探针显示出更高的准确度与精密度, 实验结果令人满意。
碳量子点 双荧光中心 比率型荧光探针 乐果 Carbon quantum dots Dual flourescence centers Ratiometric flourescent probe Dimethoate
1 新疆大学生态与环境学院, 新疆 乌鲁木齐 830017
2 新疆大学干旱生态环境研究所, 新疆 乌鲁木齐 830017
向日葵作为我国主要的油料作物之一, 其秸秆是天然的纤维素材料, 具有绿色无毒, 成本低廉的优势, 是制备生物质碳量子点的理想材料之一。 近年来, 由于含铜农药和化学肥料的不规范使用, 大量含铜污染物被排放导致农田土壤和水环境中的铜含量远高于环境背景值。 因此, 迫切需要开发出一种选择性好、 灵敏性强且对环境友好的Cu2+检测方法。 碳量子点(CDs)是一种粒径小于10 nm的准球形荧光碳纳米材料, 因其表面含有丰富的极性官能团, 具有良好的水溶性而被广泛研究。 与传统的半导体量子点(CdSe, CdTe)相比, CDs具有合成原料广泛、 生物相容性好等优点。 主要应用于生物成像、 光催化、 光电转化以及传感检测等领域。 然而目前用于碳化合成CDs的前驱体大多为昂贵的化学品, 且合成过程复杂污染环境, 限制了CDs的大规模生产与应用。 开发出一种生态友好, 简单、 廉价的CDs合成方法是很有意义的。 本研究以废弃的向日葵秸秆为碳源, 采用简便的水热法合成生物质碳量子点(S-CDs)作为荧光探针, 用于检测识别Cu2+。 通过对S-CDs的一系列光学性质分析与表征, 鉴定出其表面官能团主要包括O-H, N-H以及CN等, 其中丰富的O-H可以提供胶体稳定性, 有效地控制纳米颗粒的形态和粒径分布, 从而提高S-CDs的量子产率(QYs)。 ex=317 nm, em=456 nm, S-CDs在pH为2.0～12.0的范围内具有优异的光学性能和良好的光稳定性, 受高盐度环境的影响较小, QYs约为8.42%, 在365 nm的紫外分析仪照射下发射出蓝色荧光。 此外, 以合成的S-CDs作为荧光探针, 进一步研究了基于Cu2+诱导S-CDs的荧光猝灭效应。 结果表明, 制备的S-CDs在0～10 μmol·L-1浓度范围内对Cu2+反应灵敏, 呈良好的线性关系(R2=0.971 4), 检出限(LOD)低至167 nmol·L-1。 在实际应用中, 湖水中的Cu2+检测回收率在96.18%～109.22%。 该研究在资源化利用秸秆废弃物的基础上, 介绍了一种基于荧光碳量子点的Cu2+检测方法。
碳量子点 荧光 秸秆废弃物 绿色合成 Carbon quantum dots Fluorescence Agricultural waste Green synthesis Cu2+ Cu2+
胡妙言 1,2,3,4刘凯 1,2,3,4高诗雨 1,2,3,4孙天懿 1,2,3,4[ ... ]徐丽 1,2,3,**
1 南京林业大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210000
2 南京林业大学 江苏省林产品高效加工利用联合创新中心， 江苏 南京 210000
3 南京林业大学 绿色生物质燃料与化学品江苏省重点实验室， 江苏 南京 210000
4 2019年江苏省研究生工作站：靖江国林木业有限公司 （工作站编号：2019_099）， 江苏 靖江 214500
利用响应曲面法 （RSM）系统研究了微波作用时间 （T）、微波功率 （W）、淡竹叶与去离子水的料液比 （R）对微波法制备淡竹叶氮硅自掺杂碳量子点 （N/Si?CQDs）荧光量子产率 （QY）的影响。得到了上述工艺参数对QY的影响显著性次序以及对应的QY回归模型与最佳工艺参数，通过验证实验证明优化结果可靠。采用最佳工艺得到的N/Si?CQDs的平均粒径较小且分布均匀，在水中分散性良好，具有激发依赖的发射特性，荧光稳定性较高，对HEK293细胞具有较低细胞毒性，且可被细胞吸收而照亮细胞从而明确区分细胞质和细胞核，说明该碳量子点可用于细胞成像。该研究不仅为淡竹叶的高值化利用提供了一个新思路，而且对提高生物质碳量子点的微波法制备效率、促进其在细胞成像等生物医学领域的应用具有参考价值。
淡竹叶 碳量子点 微波法 响应曲面法 细胞成像 common lophatherum herb carbon quantum dots microwave method response surface method cell imaging
以碳量子点(CQDs)和铕离子(Eu3+)为荧光基团，构建比率荧光探针(CQDs/Eu3+)，用于环丙沙星(CIP)的检测。在395 nm波长激发下，CQDs/Eu3+在459 nm处存在较强的蓝色荧光峰，在616 nm处存在较弱的红色荧光峰，当CIP存在时，基于天线效应使得459 nm处的CQDS荧光强度增强。研究优化了CQDs和Eu3+比例、响应时间、稳定性等实验条件，结果表明：该比率荧光探针对CIP具有特异性识别能力，荧光强度比(F459/F616)与不同浓度CIP(0～7×10-6 mol/L)之间存在良好的线性关系，对CIP的最低检测限为0.3×10-6 mol/L，随着CIP的加入，成功用于牛奶中CIP检测。
碳量子点 铕离子 比率荧光探针 环丙沙星 carbon quantum dots europium ions ratiometric fluorescent ptobe ciprofloxacin
