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Jun 24, 2023

水槽内のフェノール化合物や抗生物質を検出するための蛍光プローブとしての純粋なカーボン量子ドットとドープされたカーボン量子ドット

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12863 (2023) この記事を引用 1700 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 継続的な気候から生じる抗生物質残留物と有機化学物質

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12863 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

継続的な気候変動、都市化、食糧需要の増加によって生じる残留抗生物質や有機化学物質は、環境と人間の健康保護に悪影響を及ぼします。 そこで、抗生物質やフェノール誘導体物質が許可されたパーセンテージに含まれていることを確認するため、抗生物質やフェノール誘導体物質を正確かつ集中的に識別するための新しいセンシング方法を研究するために、独自の B, N-CQD (ホウ素、窒素ドーピング カーボン量子ドット) ベースの蛍光ナノセンサーを作成しました。 。 私たちの研究では、調製されたままの高蛍光 B,N-CQD のサイズ範囲は 1 ～ 6 nm と限られており、平均サイズは 2.5 nm でした。 新しい B, N-CQD は、ヒドロキノン、レゾルシノール、パラアミノフェノールなどのフェノール誘導体やヘキサンなどの有機溶媒に対して高い感度と選択性を示し、検出限界はそれぞれ 0.05、0.024、0.032、0.013 μM と低く、水性媒体。 高蛍光 B、N-CQD プローブは、透過型電子顕微鏡 (TEM)、X 線回折 (XRD)、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、および UV/VIS 分光法を使用して検査されました。 この結果は、以前に尿素から生成された炭素量子ドット (CQD) と比較されました。

気候変動と世界的な人口増加により、食料と医薬品の需要が増加しています。 漁業への懸念から抗生物質が過剰に使用され、乱用につながっている。 2010 年には約 63,000 トンの抗生物質が使用され、2030 年までに 107,000 トンに増加すると予測されています1。水生生息地でこれほど大量に抗生物質が使用されると、抗生物質に耐性を持つ微生物のリスクが高まる可能性があります。 抗生物質に耐性のある細菌によってもたらされる病気で毎年70万人以上が亡くなっており、これは私たちの社会の深刻な問題となっています。 このまま放置しておけば、2050 年までにこの数は 1,000 万人に達する可能性があります2。

工業、農業、家庭活動からの汚染廃水の排出により、フェノール化合物が水域に存在します。 これらの物質は有害であり、人や動物に悪影響を及ぼすことがよく知られています。 主なフェノール誘導体の 1 つであるハイドロキノンは、肝毒性および発がん性のある化学物質としてよく知られています3。 最近の研究では、ハイドロキノンが DNA を損傷し、免疫系を損なうことによりがんのリスクを高める可能性があることが明らかになりました4。 アミノフェノールは、工業、医療、農業分野で使用または放出される、潜在的に危険で変異原性のある化学物質です5、6。 パラアミノフェノール (PAP) は、世界で最も一般的に製造されている医薬品の 1 つであるパラセタモールを製造するための原料としても使用されます。 それらは長い間経口投与に利用されてきました7。 世界の PAP の量は毎年 5% の割合で増加しています。 PAP は腎毒性を誘発し、パラセタモールと同様に肝毒性を誘発します8。 さらに、（PAP）は水生生物に悪影響を及ぼします9,10。 したがって、効率性が高く、環境に優しく、安定した無毒の技術を追求することが重要です。

カーボンベースのナノマテリアルは、優れた非毒性、生体適合性、機械的強度、熱安定性などの優れた特性により、最近多くの研究の関心を集めています。 これらの特性により、さまざまな研究分野で多くの可能性が開かれます 11,12 炭素量子ドット (CQD) は、平均サイズが 10 nm 未満のゼロ次元 (0D) 材料です 13。 CQD は健康と環境の分野で幅広い用途があります14。

さまざまな周囲化学物質を検出するメカニズムと強化された将来の方法に関する新たな研究の可能性があるため、CQD ベースのセンサーは重要な研究の対象となっています。 これは、高い光安定性、生体適合性、相対蛍光強度、および表面機能化のための制御可能な光ルミネッセンスの可能性のため、汚染物質の検出や環境モニタリングのための有望な戦略であることが示唆されています 15,16。 CQD に N-、P-、S-、B- およびその他のヘテロ原子をドーピングすると、バンドギャップと電子密度が変化し、量子収量が向上し、応用範囲が広がることが示されています 18。 ドープされた CQD は、農薬、抗生物質、フェノール化学物質、多環芳香族炭化水素、重金属イオンなどの望ましくない医薬品や環境汚染物質を検出することに成功しています19。