基于碳量子点和扫描比色的重金属离子原位可视化分析研究

Colorimetric analysis method has an important application prospect in the field screening and in-situ quantitative analysis of heavy metal ion pollution, but the colorimetric analysis still suffer from the oneness of sensing substrate, low sensitivity and rapid quantitative difficulty. In this project, carbon quantum dots with different visible light absorptions and functional groups will be synthesized and utilized to new sensing substrate. The carbon quantum dots were further modified by specific nucleic acid adaptor aim to different heavy metal ions, and environment-friendly, high sensitivity and high selectivity colorimetric analysis methods will be established. Combine to the strong image processing function of smart-phone and the mechanism of scanning colorimetric, smart-phone APP and quantitative method will be developed for field quantitative analysis of heavy metal pollutions in water under environmental emergencies. This project will realize the simple, in-situ and visual analysis of heavy metal ions in water. The study is helpful to the development of colorimetric analysis technique and new environmental analysis method, which is significant important for the future application of new carbon quantum dots in colorimetric analysis and the establishment of high- performance colorimetric analysis methods, in both theoretically and practically.

比色分析法在重金属离子污染物的现场筛查和原位定量分析中具有重要的应用前景，但现有研究仍在不同程度上存在着传感底物单一、灵敏度有待提高以及快速定量困难等不足。本项目拟合成一系列具有不同可见光吸收和官能团的碳量子点，作为新型传感底物；针对不同的重金属离子，修饰特异性的核酸适配体，构建环境友好的、高灵敏度的、高特异性的比色传感体系；同时结合智能手机的强大图像处理功能和扫描比色原理，设计合理的应用程序，建立定量分析方法，以适用于环境突发事件下重金属污染物的现场快速定量检测，实现水体中重金属离子简便、原位、可视化的分析。本项目研究有利于比色分析技术的发展以及环境分析新技术的开发，对于未来新型碳量子点在比色分析中的应用、高效比色分析方法的建立具有重要的理论价值和实际意义。

比色分析法在重金属离子污染物的现场筛查和原位定量分析中具有良好的应用前景。针对重金属离子检测的重要性和现有比色分析法的不足，本项目设计合成了一系列新型兼具荧光性能和可见光吸收响应的碳量子点作为新型传感底物，通过合理的优选反应原料和条件，构建了对不同金属离子有特定响应的高灵敏的比色和荧光双模式分析检测体系，成功应用于实际水样、活细胞、水生物种中重金属离子的定量分析。在一定程度上改进了传统基于金属纳米材料比色分析体系的不足，提出了一步功能化金纳米制备策略和合理构建了重金属离子比色分析体系。根据灰度和色度变化，结合96孔板构建了高通量的扫描比色分析模型，促进了比色分析方法在实际水样快速筛选中的应用。同时，开发了多种生物相容性高和环境风险性低的荧光材料，实现了合理的污染物分析和生物医学应用。本项目建立的重金属离子分析方法，为促进比色分析和环境分析新技术的开发，以及碳量子点等材料在重金属离子原位分析中的实际应用提供了有价值的参考。