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Jun 17, 2023

Una nuova tecnica per superare l'influenza del flusso di fluido nei punti quantici di carbonio/carta

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 17861 (2022) Cita questo articolo 1669 Accessi 1 Citazioni 1 Altmetric Metrics dettagli I dispositivi analitici cartacei sono scelte promettenti per test rapidi

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I dispositivi analitici cartacei rappresentano scelte promettenti per test rapidi e tecniche di rilevamento lab-on-chip. I punti quantici di carbonio (CQD), d'altra parte, sono nanomateriali biocompatibili, che sono promettenti a livello industriale, grazie alle loro tecniche di sintesi su scala grammo veloci ed economiche, nonché alle loro proprietà di fotoluminescenza (PL) significativamente elevate e stabili, che sono durevoli e affidabili per oltre un anno. Tuttavia, ci sono state limitazioni nell'intrappolamento dei CQD su carte di cellulosa in modo tale che il loro PL non sia influenzato dal flusso dei CQD con il flusso del fluido dell'analita, rendendo i sensori meno accurati a concentrazioni molto basse di analiti liquidi. Pertanto, in questa indagine, è stato sistematicamente generato e sviluppato un metodo a base di alcol polivinilico/alcalino per intrappolare i CQD all'interno di una matrice cristallina 3D su carta, in modo che possano essere utilizzati direttamente come sonde per un semplice metodo drop-and-detect . Come prova del concetto, il CQD drogato con N/P su carta di cellulosa è stato utilizzato per realizzare dispositivi analitici basati su carta fluorescente per identificare tracce di Hg2+ di circa 100 ppb. Il sensore progettato è stato testato per diversi mesi, per studiarne la durabilità e la funzionalità su lunghi periodi, per potenziali applicazioni industriali.

I punti quantici di carbonio (CQD) sono una classe di nanomateriali, famosi per le loro significative proprietà di fotoluminescenza (PL), le loro tecniche di sintesi veloci e su scala grammo, nonché la biocompatibilità e la facilità di funzionalizzazione della superficie. Possono emettere una varietà di lunghezze d'onda diverse, a seconda della loro dimensione, come principale fattore influente, della configurazione dei bordi, della struttura chimica e dei drogaggi eteroatomici, che generalmente durano per diversi mesi1. Questa caratteristica rende le sonde CQD promettenti per un facile monitoraggio analitico di mix e rilevamento di vari analiti importanti dal punto di vista ambientale e biologico.

I polimeri, invece, sono materiali che vengono utilizzati nella vita di tutti i giorni per un’ampia gamma di applicazioni. Il mondo dei polimeri e quello dei CQD si incontrano in vari modi; i polimeri possono essere utilizzati come precursori nel processo di sintesi dei CQD, oppure possono essere utilizzati come strumenti di modificazione della superficie o come matrici di supporto per contenere CQD al loro interno e realizzare compositi fluorescenti. Negli ultimi anni, i CQD sono stati sempre più coniugati in matrici polimeriche e gel polimerici per diverse applicazioni2,3,4, che vanno dalle applicazioni biologiche, come bioimaging e somministrazione di farmaci o agenti antitumorali e cerotti per la guarigione delle ferite, ad applicazioni non biologiche, come rilevamento, supercondensatori , elettrocatalisi e diodi emettitori di luce5,6,7,8,9.

Tra i polimeri naturali, le carte da filtro cellulosiche sono generalmente considerate come impalcature promettenti da utilizzare nella realizzazione di diversi dispositivi di rilevamento e separazione basati su CQD o altre sostanze ospiti funzionali. Hanno un'adeguata porosità, biodegradabilità, flessibilità, nonché un'ampia area superficiale di colore bianco naturale, che offre la possibilità di essere funzionalizzati come materiali cellulosici con proprietà ingegnerizzate10. Inoltre, la cellulosa è un polimero chimicamente inerte. Il polimero naturale può quindi ospitare l'immobilizzazione di varie sostanze funzionali, senza prevedere interazioni tra ospite e ospite, come altri polimeri, nanoparticelle, proteine, DNA e piccole molecole11. Pertanto, si prevede che si otterrà un ampio spettro di piattaforme di rilevamento intelligente e monitoraggio sensibili agli stimoli per vari biomarcatori di malattie e contaminazioni ambientali in base alla lettura del segnale di fluorescenza12,13,14.

Lo sviluppo di dispositivi a base di cellulosa idrofila o nitrocellulosa è iniziato meno di dieci anni fa per soddisfare la crescente esigenza di sistemi diagnostici medici portatili e presso i punti di cura. I dispositivi analitici cartacei (PAD) sono facili da usare e intuitivi per i non esperti e possono avere prestazioni analitiche sintonizzabili. Questi dispositivi sono generalmente costituiti da alcuni pool di rilevamento di carta idrofila che contengono CQD. Come ulteriore vantaggio, quando i CQD sono incorporati all'interno dei PAD, l'immobilizzazione dei CQD nella struttura dell'impalcatura polimerica naturale contribuisce al miglioramento del loro PL prevenendo l'estinzione della fluorescenza indotta dall'aggregazione. Tuttavia, la sensibilità di rilevamento è ancora un fattore cruciale che deve essere migliorato. Quando i CQD-PAD vengono realizzati asciugando gocce CQD su carta, il segnale di fluorescenza del sensore viene influenzato dalla caduta di acqua sul punto fluorescente. Questo fenomeno si osserva perché il CQD sulla carta si muove con il flusso del campione bianco gocciolato, creando una regione più scura. Pertanto, è necessario impedire loro di scivolare con il flusso dei campioni liquidi per ottenere risultati più accurati, a basse concentrazioni.