荧光碳点在食品检测中的应用

钱敏捷，胡 钦

(扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州 225001)

摘 要：碳点是近几年兴起的一种荧光碳纳米材料。碳点所呈现出来的优势包括毒性低、成本低、操作简单、灵敏度高和生物相容性好等方面，因此在改进生物传感器、医学成像设备、食品药品分析检测方法上具有很大的的应用前景。本文概述了碳点的荧光性质，常见的合成方法以及在食品安全检测方面的主要应用，并对碳点的发展进行了展望。

关键词：碳点;荧光;食品检测;应用

碳点(CDs)在2004年被XU等[1]首次发现，他们在采用电泳纯化法分离分析单壁碳纳米管悬浮液的过程中偶然发现了带有荧光性质的碳纳米颗粒;在2006年，SUN等[2]用激光刻蚀的方法获得了荧光碳纳米颗粒，并将这类带有荧光性质的碳纳米颗粒命名为碳点。

民以食为天，随着科技的不断进步发展，食品的种类越来越多样化，与此同时，新的食品安全问题[3]不断涌现，碳点与表面增强拉曼光谱(SERS)[4]和高效液相色谱(HPLC)[5]等常用的食品检测方法相较而言具有一定的优势，因此碳点在食品安全检测中的应用受到了许多科研人员的关注。

1 碳点的荧光性质

1.1 发光机理

碳点的发光机理仍有待探索，目前没有准确统一的说法来进行完整的阐述。碳点的制备方法很多，不同的方法所制成的碳点有不同的结构，其发光机理也可能因为结构不同而有所不同。根据现有的研究，目前大多数研究者都比较支持表面缺陷态荧光机理等。

1.2 抗光漂白性和光稳定性

在合成碳点的过程中，其抗光漂白性会随着反应的时间和温度的变化而改变。WANG等合成碳点的过程中改变反应的时间和温度等因素后发现，碳点的量子产率(QY)会随着这些因素的增加而降低，但是抗光漂白性却有所增强。XIONG等发现，碳点的碳化度越高，其光稳定性越强，因为碳基质能够减少光化学损伤。

1.3 激发依赖性

碳点的荧光特性有两个重要的参数，分别是发射波长和量子产率。目前所研究的大部分碳点的发射波长具有较强的激发依赖性，其中，碳点的结构即缺陷态、官能团和尺寸等方面会影响碳点的激发光依赖性。

2 碳点的合成

合成碳点主要的合成策略有两类，包括自上而下法和自下而上法。自上而下法有电弧放电法、激光刻蚀法、电化学方法和化学剥落法4种。自上而下法是通过一系列物理化学的操作获得纳米级材料的方法，而自下而上法是将小分子化合物通过化学合成的方式合成碳量子点。

自下而上法的操作条件更容易得到满足，获得的碳源也较为丰富。水(溶剂)热法是自下而上法中的一种，以水或有机物作溶剂，小分子可以在溶剂里经过脱水、聚合、碳化和钝化等过程合成碳点，除此以外，还有微波辅助法和模板法。微波辅助法中，分子受到电磁波的影响而振动并相互碰撞，使得碳量子点合成的时间有所减少;模板法能够控制碳点的形貌和尺寸，通过寻找简易的物质充当模板，并将所需要的材料填入模板，抽去模板即可得到一样尺寸形貌的碳量子点。

2.1 碳点在食品检测的应用

食品安全一直是人们关注的重点话题，为了检测食品中可能存在的损害或威胁人体健康的有毒有害物质，科研人员仍在不断探索更先进准确的食品检测方法。碳点的荧光探针具有制备简单、灵敏度高和速度快等优点，因此荧光碳点探针在食品检测这一领域具有应用前景。

2.2 重金属离子检测

一些工厂排放的废气、废水不仅会污染环境，还容易影响附近农作物质量。废气、废水中含有的金属离子，例如铅、汞、镉等，长期在人体内积累会产生毒害作用。然而，人们通过研究发现重金属离子能够与碳点表面的羧基、巯基相结合进而猝灭碳点的荧光，因此可应用碳点法对食品中的重金属进行检测。LI等用柠檬酸、尿素和草酸为原材料制备出两种颜色的碳点，分别为蓝色和绿色，将两种碳点等比例混合后，发现其具有更高的灵敏度，能够更加有效地检测出汞离子的含量。

2.3 食品添加剂检测

食品添加剂具备延长食品保存时间、增强食品风味、改善食品品质等优点，但食品添加剂的过量使用会对人体健康产生巨大危害，因此碳点对于食品添加剂检测具有重要意义。据相关研究发现，采用柠檬酸钠和聚乙烯亚胺为原材料制备出的荧光碳点，可应用于食品添加剂特丁基对苯二酚(TBHQ)的检测。

2.4 抗生素检测

抗生素主要用于治疗细菌感染或微生物感染等疾病，但滥用后细菌会产生一定耐药性，使药物失去作用，且不同的抗生素对人体均有不同程度的伤害，长时期大量使用会使人体产生毒副作用。YU等以赖氨酸为原材料，通过微波辅助法制备碳点，在290 nm和365 nm处激发多西环素等7种抗生素，发现其荧光猝灭效果不同，因此可以根据猝灭效果的差异对抗生素进行定性分析。

3 结语

作为备受关注的一种荧光纳米材料，碳点具有良好的荧光性质，且操作简便、生物相容性好。深入研究发现，碳点在实际应用中还存在一些问题。①碳点表面利用率较低，虽然碳点含有丰富的表面官能团，但对其进行目的性的调节来提高荧光量子产率仍待进一步研究。②碳点没有明确的发光机理，内部结构和官能团分布也不确定。③碳点的灵敏度和抗干扰性也有提升的空间。以上这些都是未来科研人员的钻研方向。

参考文献

[1]XU X,RAY R,GU Y,et al.Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments[J].Journal of the American Chemical Society,2004,126(40):12736-12737.

[2]SUN Y P,ZHOU B,LIN Y,et al.Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence[J].Journal of the American Chemical Society,2006,128(24):7756-7757.

[3]DIOGO T C,VERIDIANA V R,MARIANA B P.et al.The differences between observed and self-reported food safety practices:A study with food handlers using structural equation modeling[J]Food Research International,2019,125:108637.

[4]DENG D,LIN Q Y,LI H,et al.Rapid detection of malachite green residues in fish using a surface-enhanced Raman scattering-active glass fiber paper prepared by in situ reduction method[J].Talanta,2019,200:272-278.

[5]CHEN G Y,MIAO S.HPLC determination and MS confirmation of malachite green, gentian violet, and their leuco metabolite residues in channel catfish muscle[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58(12):7109-7114.