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Jun 15, 2023

Une nouvelle technique pour surmonter l'influence du flux de fluide dans les points/papier quantiques de carbone

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 17861 (2022) Citer cet article 1638 Accès 1 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Les dispositifs d'analyse sur papier sont des choix prometteurs pour les tests rapides

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17861 (2022) Citer cet article

1638 Accès

1 Citation

1 Altmétrique

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Les dispositifs analytiques sur papier sont des choix prometteurs pour les tests rapides et les techniques de détection en laboratoire sur puce. Les points quantiques de carbone (CQD), quant à eux, sont des nanomatériaux biocompatibles, prometteurs sur le plan industriel, en raison de leurs techniques de synthèse rapides et rentables à l'échelle du gramme, ainsi que de leurs propriétés de photoluminescence (PL) significativement élevées et stables, qui sont durables et fiables pendant plus d’un an. Cependant, il existe des limites au piégeage des CQD sur des papiers cellulosiques, de sorte que leur PL n'est pas influencé par l'écoulement des CQD avec le flux de fluide à analyser, ce qui rend les capteurs moins précis à de très faibles concentrations d'analytes liquides. Par conséquent, dans cette enquête, une méthode à base d'alcool polyvinylique/alcalin a été systématiquement générée et développée pour piéger les CQD dans une matrice cristalline 3D sur papier, de manière à ce qu'ils puissent être utilisés directement comme sondes pour une méthode simple de dépôt et de détection. . À titre de preuve de concept, un CQD dopé au N/P sur papier de cellulose a été utilisé pour fabriquer des dispositifs analytiques à base de papier fluorescent permettant d'identifier des traces de Hg2+ d'environ 100 ppb. Le capteur conçu a été testé pendant plusieurs mois, pour étudier sa durabilité et sa fonctionnalité sur de longues périodes, pour des applications industrielles potentielles.

Les points quantiques de carbone (CQD) sont une classe de nanomatériaux, célèbres pour leurs propriétés de photoluminescence (PL), leurs techniques de synthèse rapides et à l'échelle du gramme, ainsi que pour leur biocompatibilité et leur facilité de fonctionnalisation de surface. Ils peuvent émettre une variété de longueurs d'onde différentes, en fonction de leur taille, en fonction du principal facteur d'influence, de la configuration des bords, de la structure chimique et des dopages hétéroatomiques, qui durent généralement plusieurs mois1. Cette fonctionnalité fait des CQD des sondes prometteuses pour une surveillance analytique facile du mélange et de la détection de divers analytes importants sur le plan environnemental et biologique.

Les polymères, quant à eux, sont des matériaux utilisés dans la vie quotidienne pour de nombreuses applications. Les mondes des polymères et des CQD se rencontrent de diverses manières ; Les polymères peuvent être utilisés soit comme précurseurs dans le processus de synthèse des CQD, soit comme outils de modification de surface ou comme matrices de support pour contenir les CQD et fabriquer des composites fluorescents. Ces dernières années, les CQD ont été de plus en plus conjugués dans des matrices polymères et des gels polymères pour différentes applications2,3,4, allant des applications biologiques, telles que la bioimagerie et l'administration de médicaments ou d'agents anticancéreux et de patchs de cicatrisation, aux applications non biologiques, telles que la détection, les supercondensateurs. , électrocatalyse et diodes électroluminescentes5,6,7,8,9.

Parmi les polymères naturels, les papiers filtres cellulosiques sont généralement considérés comme des échafaudages prometteurs pouvant être utilisés dans la fabrication de divers dispositifs de détection et de séparation basés sur des CQD ou d'autres substances invitées fonctionnelles. Ils ont une porosité, une biodégradabilité, une flexibilité appropriées, ainsi qu'une grande surface naturelle de couleur blanche, offrant la possibilité d'être fonctionnalisés en tant que matériaux cellulosiques dotés de propriétés techniques10. De plus, la cellulose est un polymère chimiquement inerte. Ainsi, le polymère naturel peut héberger l’immobilisation de diverses substances fonctionnelles, sans aucune interaction entre l’hôte et l’invité, comme d’autres polymères, nanoparticules, protéines, ADN et petites molécules11. Par conséquent, on s’attend à ce qu’un large spectre de plates-formes de détection et de surveillance intelligentes sensibles aux stimuli pour divers biomarqueurs de maladies et contaminations environnementales soient obtenus sur la base de la lecture du signal de fluorescence12,13,14.

Le développement de dispositifs à base de cellulose hydrophile ou de nitrocellulose a commencé il y a moins de dix ans pour répondre au besoin croissant de systèmes de diagnostic médical portables et sur le lieu de soins. Les dispositifs analytiques sur papier (PAD) sont faciles à utiliser et conviviaux pour les non-experts et ils peuvent avoir des performances analytiques réglables. Ces dispositifs sont généralement constitués de pools de détection de papier hydrophile contenant des CQD. Comme avantage supplémentaire, lorsque les CQD sont intégrés à l’intérieur des PAD, l’immobilisation des CQD dans la structure de l’échafaudage polymère naturel contribue à l’amélioration de leur PL en empêchant l’extinction de la fluorescence induite par l’agrégation. Cependant, la sensibilité de la détection reste un facteur crucial qui doit être amélioré. Lorsque les CQD-PAD sont fabriqués en séchant des gouttes de CQD sur du papier, le signal de fluorescence du capteur est affecté par la chute d'eau sur le point fluorescent. Ce phénomène est observé parce que les CQD sur le papier se déplacent avec le flux de l'échantillon vierge égoutté, créant ainsi une région plus sombre. Il est donc nécessaire de les empêcher de glisser avec le flux d’échantillons liquides pour obtenir des résultats plus précis, à de faibles concentrations.