金屬離子特異性識別與靈敏檢測有了新秘鑰

2022年8月25日獲悉，哈爾濱工業大學材料學院周玉院士團隊李保強教授課題組通過自由基聚合同步水熱碳化技術，合成一種螯合配體修飾碳點，并預測不同螯合配體修飾碳點可特異性識別特定的金屬離子，這項研究為金屬離子的特異性識別與靈敏檢測提供了新秘鑰。該研究成果近日發表在《碳》雜志上。

在本研究中，螯合配體修飾碳點如同鑰匙，金屬離子好比是鎖，研究者認為碳點中螯合配體可以按需定制，像是給鎖配制不同的鑰匙，這樣不同螯合配體修飾碳點就能特異性識別不同種類的金屬離子。如乙二胺四乙酸修飾碳點可以特異性識別三價鐵離子，而羥乙基二膦酸修飾碳點可以特異性識別二價銅離子。未來基于這項成果，將有望研制出特異性識別與靈敏檢測各種金屬離子的試劑，用于食品、環境或醫學領域中金屬離子的種類鑒別或檢測。

研究人員之前常采用水熱碳化法合成碳點，但該方法存在碳點合成產率較低（小于30%）的問題。此外，碳點表面含有的豐富氨基與羧基官能團，導致碳點能同時識別與檢測多種金屬離子。針對這些問題，李保強團隊發明了自由基聚合同步水熱碳化技術并合成了不同螯合配體修飾碳點。該技術可將前驅體定向轉化為碳點，因此提高了碳點的合成產率，以乙二胺四乙酸和羥乙基二膦酸為螯合配體修飾碳點的合成產率分別為86.7%和72.5%。與未采用自由基聚合同步水熱碳化技術相比，碳點的合成產率分別提高了約6倍和2倍。

基于乙二胺四乙酸和羥乙基二膦酸對三價鐵離子和二價銅離子的強螯合性，課題組預測乙二胺四乙酸和羥乙基二膦酸修飾碳點可特異性識別對三價鐵離子和二價銅離子。實驗結果表明，乙二胺四乙酸和羥乙基二膦酸修飾碳點對三價鐵離子和二價銅離子的熒光猝滅度均大于50%，而未經螯合配體修飾的碳點沒有明顯的熒光猝滅。這說明乙二胺四乙酸和羥乙基二膦酸修飾碳點繼承了前驅體的強金屬螯合性并可以特異性識別三價鐵離子和二價銅離子。