수족관에서 페놀 화합물과 항생제를 검출하기 위한 형광 프로브로서의 순수 및 도핑된 탄소 양자점

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12863(2023) 이 기사 인용

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지속적인 기후 변화, 도시화, 식품 수요 증가로 인해 발생하는 항생제 잔류물과 유기 화학 물질은 환경 및 인간 건강 보호에 해로운 영향을 미칩니다. 그래서 우리는 항생제 및 페놀 유도체 물질을 정확하고 집중적으로 식별하기 위한 새로운 감지 방법을 연구하기 위해 고유한 B, N-CQD(붕소, 질소 도핑 탄소 양자점) 기반의 형광 나노센서를 개발하여 허용 비율 내에 포함되도록 했습니다. . 준비된 고형광성 B, N-CQD는 우리 연구에서 1~6 nm 사이의 제한된 크기 범위와 2.5 nm의 평균 크기를 가졌습니다. 새로운 B, N-CQD는 하이드로퀴논, 레조르시놀, 파라아미노페놀과 같은 페놀성 유도체와 헥산과 같은 유기 용매에 대해 높은 감도와 선택성을 나타냈으며, 각각 0.05, 0.024, 0.032 및 0.013 μM의 낮은 검출 한계를 나타냈습니다. 수성 매체. 투과전자현미경(TEM), X선 회절(XRD), 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 및 UV/VIS 분광법을 사용하여 고형광 B, N-CQD 프로브를 검사했습니다. 결과는 이전에 요소에서 생성된 탄소 양자점(CQD)과 비교되었습니다.

기후 변화와 세계 인구 증가로 인해 식량과 의약품에 대한 수요가 증가했습니다. 어업에 대한 우려로 인해 항생제가 남용되면서 오용이 발생했습니다. 항생제는 2010년 약 63,000톤이 사용되었으며, 2030년에는 107,000톤으로 증가할 것으로 예상됩니다1. 수생 서식지에서 이러한 대량의 항생제 사용은 항생제에 내성을 갖는 미생물의 위험을 증가시킬 수 있습니다. 매년 70만 명이 넘는 사람들이 항생제에 대한 내성을 지닌 세균에 의해 발생하는 질병으로 사망하고 있으며, 이는 우리 사회의 심각한 문제입니다. 선택하지 않으면 2050년까지 이 숫자는 1,000만 명2에 도달할 수 있습니다.

산업, 농업, 가정 활동에서 오염된 폐수 배출로 인해 수역에 페놀성 화합물이 존재합니다. 이러한 물질은 위험하고 사람과 동물에게 부정적인 영향을 미치는 것으로 잘 알려져 있습니다. 주요 페놀 유도체 중 하나인 하이드로퀴논은 잘 알려진 간독성 및 발암성 화학물질입니다3. 최근 연구에 따르면 하이드로퀴논은 DNA를 손상시키고 면역체계를 손상시켜 암 위험을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났습니다4. 아미노페놀은 산업, 의약, 농업 분야에서 활용되거나 방출되는 잠재적으로 위험한 돌연변이 유발성 화학물질입니다5,6. 파라아미노페놀(PAP)은 전 세계적으로 가장 많이 제조되는 약물 중 하나인 파라세타몰을 생산하는 원료로도 사용됩니다. 그들은 오랫동안 경구 투여가 가능했습니다7. 전 세계 PAP의 양은 매년 5%씩 증가하고 있습니다. PAP는 신독성을 유발하고 파라세타몰과 유사하게 간독성을 유발합니다8. 또한, (PAP)는 수생 생물에 부정적인 영향을 미칩니다9,10. 따라서 효율성이 높고 환경친화적이며 안정적인 무독성 기술을 찾는 것이 중요합니다.

우수한 무독성, 생체적합성, 기계적 강도, 열적 안정성 등 탁월한 특성으로 인해 탄소 기반 나노물질은 최근 많은 연구 관심을 끌고 있습니다. 이러한 특성은 다양한 연구 분야에서 수많은 가능성을 열어줍니다11,12 탄소 양자점(CQD)은 평균 크기가 10nm 미만인 0차원(0D) 물질입니다13. CQD는 건강 및 환경 분야에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다14.

다양한 주변 화학 물질을 감지하는 메커니즘과 향상된 미래 방법에 대한 새로운 연구 가능성으로 인해 CQD 기반 센서는 상당한 연구 주제가 되어 왔습니다. 이는 높은 광 안정성, 생체 적합성, 상대 형광 강도 및 표면 기능화를 위한 제어 가능한 광발광 잠재력으로 인해 오염 물질 검출 및 환경 모니터링을 위한 유망한 전략으로 제안되었습니다. N-, P-, S-, B- 및 기타 헤테로원자로 CQD를 도핑하면 밴드 갭과 전자 밀도가 변경되어 양자 수율이 향상되고 응용 범위가 확장되는 것으로 나타났습니다18. 도핑된 CQD는 살충제, 항생제, 페놀계 화학물질, 다방향족 탄화수소 및 중금속 이온과 같은 원치 않는 의약품 및 환경 오염물질을 성공적으로 감지합니다.