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最近發(fā)表在《分子》上的一篇文章強(qiáng)調(diào)了傳感器技術(shù)的一項令人興奮的進(jìn)步，該技術(shù)使用氮和硫共摻雜的紅色熒光石墨烯量子點 （R-GQD） 來檢測有機(jī)溶劑中的水分含量。這項創(chuàng)新在食品安全領(lǐng)域具有巨大潛力，為實時監(jiān)測提供了一種高效、便攜的解決方案。

背景

石墨烯量子點 （GQD） 由于其獨(dú)特的光學(xué)特性、生物相容性和具有成本效益的合成，已成為各個領(lǐng)域有前途的材料。然而，傳統(tǒng)的 GQD 通常表現(xiàn)出發(fā)射波長的限制，這可能會阻礙它們在生物傳感和成像應(yīng)用中的有效性。

為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員專注于摻雜策略來改變 GQD 的電子特性。氮和硫雜原子的引入已被證明可以增強(qiáng) GQD 的熒光特性，使其適用于食品安全和環(huán)境監(jiān)測。

檢測有機(jī)溶劑中水分含量的能力尤為重要，因為水會顯著影響食品的特性和穩(wěn)定性。因此，為此開發(fā)一種利用 R-GQD 的傳感器可以為確保食品安全提供有價值的工具。

研究概覽

在這項研究中，研究人員使用簡單的一步水熱法合成了 R-GQD，其中鄰苯二胺作為硫酸/水溶液中的碳源。他們通過調(diào)整反應(yīng)時間、溫度、鄰苯二胺濃度和硫酸與水的比例等因素來優(yōu)化工藝。為了改進(jìn)這些條件，該團(tuán)隊使用了 Box-Behnken 設(shè)計 （BBD） 響應(yīng)面方法，該方法系統(tǒng)地分析了這些變量如何影響 R-GQD 的熒光強(qiáng)度。

合成后，將 R-GQD 集成到便攜式傳感器條中進(jìn)行測試。為了評估傳感器的性能，研究人員將 50 μL 液體樣品涂在試紙上，將它們暴露在 365 nm 的紫外光下，并使用智能手機(jī)捕獲熒光圖像。

他們使用顏色分析軟件量化了樣品中的水分含量。這種簡單實用的方法不僅實現(xiàn)了快速檢測，還展示了傳感器在實際應(yīng)用中的潛力，尤其是在食品安全評估中。

結(jié)果與討論

研究表明，合成的 R-GQD 具有出色的熒光穩(wěn)定性和較寬的線性檢測范圍，可用于測量有機(jī)溶劑中的水分含量。優(yōu)化過程與經(jīng)驗?zāi)Ｐ途o密匹配，決定系數(shù) （R2） 為 0.9438，表明該模型具有很強(qiáng)的預(yù)測最佳實驗條件的能力。

該傳感器的雙重檢測功能（比色和基于熒光）提高了定量含水量的靈敏度和準(zhǔn)確性。將 R-GQD 集成到便攜式試紙中為現(xiàn)場測試提供了一種實用有效的解決方案，解決了傳統(tǒng)方法通常較慢或用途較弱的局限性。

驗證測試（包括食品樣品中的加標(biāo)回收實驗）證實 R-GQD 在檢測水分含量方面是可靠的，為確保食品質(zhì)量和安全提供了強(qiáng)大的工具。此外，R-GQDs 的低背景熒光和良好的生物相容性表明它們具有更廣泛的應(yīng)用潛力，例如體內(nèi)成像，進(jìn)一步增強(qiáng)了它們在食品安全和生物監(jiān)測中的實用性。

這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新傳感技術(shù)的需求，以滿足日益增長的食品安全需求。隨著食品變得越來越復(fù)雜，快速準(zhǔn)確地評估水分含量的能力對于保持質(zhì)量和防止變質(zhì)至關(guān)重要。R-GQDs 傳感器代表著向前邁出的重要一步，為監(jiān)測各種食品基質(zhì)中的水分含量提供了一種用戶友好、高效且適應(yīng)性強(qiáng)的解決方案。

結(jié)論

總之，該研究成功合成了氮和硫共摻雜的 R-GQD，并證明了它們作為便攜式傳感器檢測有機(jī)溶劑中水分含量的有效性。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了 R-GQD 通過快速、準(zhǔn)確和實用的檢測方法徹底改變食品安全的潛力。

通過解決傳統(tǒng)水質(zhì)測量技術(shù)的局限性，這種創(chuàng)新的傳感器為食品安全監(jiān)測提供了一種多功能且高效的工具。其雙模式檢測功能與便攜性相結(jié)合，使其特別適合食品安全評估中的實時應(yīng)用。

隨著對可靠和先進(jìn)的食品安全措施的需求不斷增長，這項研究為未來的創(chuàng)新鋪平了道路，為該領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。除了食品安全之外，R-GQD 的多功能性還為環(huán)境監(jiān)測和生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用打開了大門，加強(qiáng)了它們在現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步中的重要性。

期刊參考

Zhang H.， Wang J.， et al. （2024）.基于氮和硫共摻雜石墨烯量子點的熒光傳感器，用于快速目視檢測有機(jī)溶劑中的水分含量。分子 29， 5178。DOI： 10.3390/molecules29215178， https://www.mdpi.com/1420-3049/29/21/5178