基于碳量子点掺杂与功能化修饰的荧光探针构建及其对环境水样中重金属离子的选择性检测

Carbon quantum dots as a new type carbon nanoparticles are particularly encouraging owing to their outstanding optical and electronic properties, good water-solubility and biocompatibility, low toxicity, easily preparation, and lower costs. Toxic heavy metal ions such as Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、As3+ are acted as the research objects in this proposal. Based on the prepared carbon quantum dots are conducted by modification or self-assembly on their surface using orgnic molecules, aptamers and ion imprinted polymer with specific recognition on heavy metal ions, carbon quantum dots as fluorescent probes for sensitive and selective detection of heavy metal ions in surface or underground water are developed. Meanwhile, we try to accomplish rapid and online monitoring the trace heavy metal ions in water samples by combining the handy miniature fiber optical spectrometer with the prepared fluorescence probes-based carbon quantum dots, in order to meet the demand of the online monitoring or emergency monitoring of trace heavy metal ions in surface or underground water.

碳量子点作为一种新型的碳纳米材料，具有独特的光学与电学性质，具有良好的水溶性与生物兼容性以及低细胞毒性，而且制备简单，价格低廉，已引起了研究者的广泛关注。本项目拟以有毒有害重金属离子（Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、As3+等）作为研究对象，通过对合成的碳量子点表面进行修饰或自组装对重金属离子具有特异性识别的有机分子、核酸适配子或离子印迹聚合物，构建高灵敏度、高选择性的碳量子点荧光探针用于地表或地下水中痕量的有毒有害重金属离子的简便快速检测，同时尝试将构建的碳量子点荧光探针应用于便携式荧光微型光纤光谱仪，实现水样中痕量重金属离子的快速、在线检测，满足地表或地下水中痕量重金属离子在线或现场应急检测的需求。

水体中无机污染物会对生态系统和人体健康产生重要影响，因此开发针对水样中典型无机污染物的快速灵敏检测方法，对于了解水环境污染状况以及水污染防治和保障饮用水安全都具有重要意义。项目基于碳量子点和稀土离子配合物等优良的荧光特性、表面易功能化以及环境友好等特点，构建了系列荧光传感用于水体中多种典型无机污染物的快速、高灵敏以及高选择性检测，并探究了相关荧光传感机制。主要开展了如下研究工作：.（1）基于N与S 共掺杂碳量子点分别构建了对Fe3+、Hg2+、S2-灵敏选择性检测的荧光探针；（2） 构建了硅量子点和金纳米颗粒的复合物荧光探针对Co2+的灵敏选择性检测；（3）构建了复合量子点比率荧光传感对Ag+的超灵敏选择性检测； （4）构建了多元稀土离子配合物荧光探针对Cu2+的灵敏选择性检测；构建了基于SDBS敏化能量转移的稀土离子配合物荧光传感及对环境样品中总磷的分析应用；构建了双功能镧系金属有机骨架（MOFs）材料作为比率荧光探针对Pi的可视化超灵敏检测；（5）构建了碳量子点-Tb3+/APBA双发射荧光传感对NO2−与Hg2+的同时检测；构建了基于碳量子点和Eu-CPs的双发射荧光传感及对磷酸根和Fe3+的同时检测。.