碳点研究进展及其在分析检测领域中的应用

碳点（C点）是一种在碳纳米管溶液提纯过程中偶然发现的新型的零维荧光纳米材料，大多数C点的尺寸小于10nm，其核含有sp2杂化的碳原子，C点的核具有sp2杂化碳原子，具有许多官能团，如氨基，环氧基，醚基，羰基，羟基，并在其表面上形成羧酸盐。

C点的共轭π键和表面缺陷会影响它们的光学性质，电导率和催化活性。许多C点具有有趣的激发波长相关发射特性：发射波长经历红移，并且发射强度随着激发波长的增加而降低。这种光学性质可能与共轭π键的数量和C点的表面缺陷高度相关。更有趣的是，癌细胞内的C点在没有光照射的情况下诱导活性氧(ROS)的生成，表示它们具有抗癌活性。大多数C点表面有丰富的亲水基团，在水中具有良好的分散性。它们的表面残基，如羧基和氨基，也使得C点的功能化更加容易，通过与抗体和适配体等识别元素的衍生化，增强了它们在传感等各个领域的应用潜力。与金纳米点等金属荧光纳米材料相比，C点更亮更稳定。与从半导体材料制备的量子点相比， C点可以由多种有机化合物制备，并且更具生物相容性，但具有更宽的发射带。光闪烁和光漂白在半导体量子点中很常见，但在大多数C点中并不明显。C点具有生物相容性、生物活性、高荧光性和稳定性，已成为生物医学、传感、和生物成像等许多领域的有趣材料。

台湾大学的张焕宗教授和中南林业科技大学的林亲录教授近日在《Small Methods》上发表了一篇题为“Recent advances and sensing applications of carbon dots ”的综述，详细介绍了碳点的研究进展及其在分析检测领域中的应用。为了提高红色和近红外区域中C点的量子产率，相关研究提出了用诸如氮和硫的杂原子掺杂C点。具有和不具有功能化识别元件（例如抗体和适体）的C点对于分析物的感测是选择性且敏感的，包括金属离子（例如，Fe3+，Hg2+，Cu2+），小分子（例如，H2O2，半胱氨酸，谷胱甘肽），和生物聚合物如蛋白质，以及体外和体内成像。根据用于标记细胞的C点的大小，电荷和表面配体，显示了不同细胞器的荧光图像。当在不同波长下激发时，实现了用C点孵育的细菌，哺乳动物细胞和植物组织的多色图像。在这篇综述中，提出了许多优秀的C点传感和成像实例，以突出其特征并分析了其在应用中面临的挑战。

DOI：10.1002/smtd.201900387