Pontos quânticos de carbono puro e dopado como sondas fluorescentes para detecção de compostos fenólicos e antibióticos em aquários

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12863 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Os resíduos de antibióticos e produtos químicos orgânicos resultantes das contínuas alterações climáticas, da urbanização e da crescente procura de alimentos têm um impacto negativo na protecção do ambiente e da saúde humana. Assim, criamos um nanosensor fluorescente exclusivo baseado em B, N-CQDs (Boro, Nitrogênio doping carbono quantum dots) para investigar novas metodologias de detecção para a identificação precisa e concentrada de antibióticos e substâncias derivadas de fenol para garantir que eles sejam incluídos nas porcentagens permitidas . Os B, N-CQDs altamente fluorescentes preparados tinham uma gama limitada de tamanhos entre 1 e 6 nm e tamanhos médios de 2,5 nm em nosso estudo. Os novos B, N-CQDs mostraram alta sensibilidade e seletividade para derivados fenólicos como hidroquinona, resorcinol e paraaminofenol, bem como solventes orgânicos como hexano, com baixos limites de detecção de 0,05, 0,024, 0,032 e 0,013 µM respectivamente em um meio aquoso. As sondas de alta fluorescência B, N-CQDs foram examinadas usando microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios X (XRD), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia UV/VIS. Os resultados foram comparados com pontos quânticos de carbono (CQDs) gerados anteriormente a partir da uréia.

As alterações climáticas e a expansão da população global aumentaram a procura de alimentos e medicamentos. As preocupações com a pesca levaram ao uso indevido de antibióticos, uma vez que foram utilizados em excesso. Os antibióticos foram utilizados em cerca de 63 000 toneladas em 2010, prevendo-se que aumentem para 107 000 toneladas até 20301. Os antibióticos utilizados em tão grandes quantidades em habitats aquáticos podem aumentar o risco de microrganismos resistentes ao antibiótico. Mais de 700.000 pessoas morrem todos os anos de doenças provocadas por bactérias resistentes aos antibióticos, tornando este um problema sério na nossa sociedade. Em 2050, se não for controlado, este número poderá atingir 10 milhões2.

Devido ao lançamento de águas residuais contaminadas de atividades industriais, agrícolas e domésticas, existem compostos fenólicos nos corpos d'água. Estas substâncias são reconhecidamente perigosas e têm impacto negativo em pessoas e animais. A hidroquinona, um dos principais derivados do fenol, é um conhecido produto químico hepatotóxico e cancerígeno3. Uma investigação recente revelou que a hidroquinona pode aumentar o risco de cancro, danificando o ADN e prejudicando o sistema imunitário4. Os aminofenóis são produtos químicos potencialmente perigosos e mutagênicos utilizados ou liberados nos setores industrial, medicinal e agrícola5,6. Os para-aminofenóis (PAP) também são utilizados como matéria-prima para a produção de Paracetamol, um dos medicamentos mais fabricados em todo o mundo. Estão disponíveis para administração oral há muito tempo7. A quantidade de PAP no mundo está a aumentar a uma taxa de 5% ao ano. A PAP induz nefrotoxicidade e, assim como o Paracetamol, induz hepatotoxicidade8. Além disso, (PAP) afeta negativamente a vida aquática9,10. Portanto, é fundamental buscar tecnologias não tóxicas altamente eficientes, ecologicamente corretas e estáveis.

Devido às suas características excepcionais, como não toxicidade e biocompatibilidade superiores, resistência mecânica e estabilidade térmica, os nanomateriais à base de carbono atraíram recentemente muito interesse de pesquisa. Essas características abrem inúmeras possibilidades em diversos campos de estudo11,12 Os pontos quânticos de carbono (CQDs) são materiais de dimensão zero (0D) com tamanho médio inferior a 10 nm13. Os CQD têm uma ampla gama de aplicações nas áreas da saúde e do ambiente14.

Devido ao potencial para novas pesquisas sobre os mecanismos e métodos futuros aprimorados de detecção de vários produtos químicos ambientais, os sensores baseados em CQD têm sido objeto de pesquisas substanciais. Foi sugerido ser uma estratégia promissora para detecção de poluentes e monitoramento ambiental15,16 devido à sua alta fotoestabilidade, biocompatibilidade, força relativa de fluorescência e potencial fotoluminescente controlável para funcionalização de superfície17. Demonstrou-se que a dopagem de CQDs com N-, P-, S- e B- e outros heteroátomos altera seu intervalo de bandas e densidade eletrônica, aumentando seu rendimento quântico e ampliando sua gama de aplicações . Os CQDs dopados detectam com sucesso produtos farmacêuticos indesejados e contaminantes ambientais, como pesticidas, antibióticos, produtos químicos fenólicos, hidrocarbonetos poliaromáticos e íons de metais pesados ​​.