ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Представлено короткий літературний огляд, який доводить, що нанорозмірні флуоресцентні вуглецеві матеріали мають широке застосування. Зокрема, вони перспективні в біомедицині (внаслідок біосумісності – наприклад для біовізуалізації); оптоелектроніці; як хімічні флуоресцентні сенсори вимірювання концентрації металів, рН, аніонів, органічних речовин і біомолекул; як маркери для зняття відбитків пальців. В даній роботі досліджуються вуглецеві матеріали, одержані окисненням активованого вугілля, які за своїми оптичними характеристиками є подібні до вуглецевих наноточок.

Метою даної роботи був синтез нановуглецевого матеріалу із доступної хімічної сировини. Як прототип, за основу синтезу використано методику отримання вуглецевого слабкокислого катіоніту. Нановуглецевий матеріал легко диспергується у воді, утворюючи стійкі колоїдні розчини, що демонструють люмінесценцію в синьо-зеленій області видимого спектра. За результатами термогравіметричного аналізу встановлено проходження термічної деструкції поверхневих функціональних груп. Про характер функціональних груп на поверхні вуглецевого наноматеріалу спиралися на отримані дані щодо інфрачервоних спектрів. Контроль чистоти зразків проводили рентгеноструктурним аналізом порошку. Для чистого зразка спостерігався лише спектр аморфного вуглецю, а для неочищеного – спостерігаються рефлекси домішок NaCl. В області позитивних іонів МАЛДІ отримані кластери, що можуть належати фулереноподібним структурам вуглецю. Ми вважаємо, що велика інтенсивність сигналу при m/z 44 свідчить про значну кількість карбоксильних груп. Для водних розчинів було виміряно спектри люмінeсценції, на яких спостерігали синьо-зелену флуоресценцію. Збудження випроміненням з довжиною хвилі було обрано за результатами попереднього вимірювання залежності інтенсивності емісії від довжини збуджуючого випромінення. На спектрі флуоресценції спостерігається широкий максимум при 450 нм, який дещо зміщується в довгохвильову область після центрифугування зразка та осадження крупних фракцій. Методом динамічного розсіювання світла встановлено, що в розчині присутні частинки із широким спектром розмірів, максимум розподілу припадає на відносно великі агрегати.

Liu C., Zhang P., Zhai X., Tian F., Li W., Yang J., Liu W. Nano-carrier for gene delivery and bioimaging based on carbon dots with PEI-passivation enhanced fluorescence. Biomaterials. 2012. 33(13): 3604. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.01.052

Tao H., Yang K., Ma Z., Wan J., Zhang Y., Kang Z., Liu Z. In vivo NIR fluorescence imaging, biodistribution, and toxicology of photoluminescent carbon dots produced from carbon nanotubes and graphite. Small. 2012. 8(2): 281. https://doi.org/10.1002/smll.201101706

da Silva J.C.E., Gonçalves H.M. Analytical and bioanalytical applications of carbon dots. TrAC, Trends Anal. Chem. 2011. 30(8): 1327. https://doi.org/10.1016/j.trac.2011.04.009

Sun X., Lei Y. Fluorescent carbon dots and their sensing applications. TrAC, Trends Anal. Chem. 2017. 89: 163. https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.02.001

Chen B.B., Liu M.L., Li C.M., Huang C.Z. Fluorescent carbon dots functionalization. Adv. Colloid Interface Sci. 2019. 270: 165. https://doi.org/10.1016/j.cis.2019.06.008

Wang L., Li W., Yin L., Liu Y., Guo H., Lai J., Han Yu, Li G., Li M., Zhang J., Vajtai R., Ajayan P.M., Wu M. Full-color fluorescent carbon quantum dots. Sci. Adv. 2020. 6(40): 1. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb6772

Yoo D., Park Y., Cheon B., Park M.H. Carbon dots as an effective fluorescent sensing platform for metal ion detection. Nanoscale Res. Lett. 2019. 14(1): 1. https://doi.org/10.1186/s11671-019-3088-6

Ray S.C., Saha A., Jana N.R., Sarka R. Fluorescent carbon nanoparticles: synthesis, characterization, and bioimaging application. J. Phys. Chem. C. 2009. 113(43): 18546. https://doi.org/10.1021/jp905912n

Mao X.J., Zheng H.Z., Long Y.J., Du J., Hao J.Y., Wang L.L., Zhou D.B. Study on the fluorescence characteristics of carbon dots. Spectrochim. Acta, Part A. 2010. 75(2): 553. https://doi.org/10.1016/j.saa.2009.11.015

Liu M.L., Chen B.B., Li C.M., Huang C.Z. Carbon dots: synthesis, formation mechanism, fluorescence. Green Chem. 2019. 21(3): 449. https://doi.org/10.1039/C8GC02736F

Yang S.T., Wang X., Wang H., Lu F., Luo P.G., Cao L., Sun Y.P. Carbon dots as nontoxic and high-performance fluorescence imaging agents. J. Phys. Chem. C. 2009. 113(42): 18110. https://doi.org/10.1021/jp9085969

Yu P., Wen X., Toh Y.R., Tang J. Temperature-dependent fluorescence in carbon dots. J. Phys. Chem. C. 2012. 116(48): 25552. https://doi.org/10.1021/jp307308z

Schneider J., Reckmeier C.J., Xiong Y., von Seckendorff M., Susha A.S., Kasák P., Rogach A.L. Molecular fluorescence in citric acid-based carbon dots. J. Phys. Chem. C. 2017. 121(3): 2014. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b12519

Zu F., Yan F., Bai Z., Xu J., Wang Y., Huang Y., Zhou X. The quenching of the fluorescence of carbon dots: a review on mechanisms and applications. Microchim. Acta. 2017. 184(7): 1899. https://doi.org/10.1007/s00604-017-2318-9

Lin H., Huang J., Ding L. Preparation of carbon dots with high-fluorescence quantum yield and their application in dopamine fluorescence probe and cellular imaging. J. Nanomater. 2019. 2019: 1. https://doi.org/10.1155/2019/5037243

Kulinich A.V., Ishchenko A.A., Sharanda L.F., Shulga S.V., Ogenko V.M. Sorption of polymethine dyes on nanographites and carbon nanotubes. Ukr. J. Phys. 2018. 63(5): 379. https://doi.org/10.15407/ujpe63.5.379

Patent RF 2105715C1. Trikhleb V.A., Trikhleb L.M. The method of obtaining a carbon cationite exchanger. 1998.

Lai Q., Zhu S., Xueping Luo, Min Zou, Shuanghua Huang. Ultraviolet-visible spectroscopy of graphene oxides. AIP Adv. 2012. 2(3): 032146. https://doi.org/10.1063/1.4747817

Çiplak Z., Yildiz N., Çalimli A. Investigation of graphene/Ag nanocomposites synthesis parameters for two different synthesis methods. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2015. 23(4): 361. https://doi.org/10.1080/1536383X.2014.894025

Sigareva N.V., Gorelov B.M., Mistchanchuk O.V., Starokadomsky D.L. Thermal and mechanical properties of Nonoxidized grapheme-epoxy composites at low grapheme loading. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2020. 11(3): 291. https://doi.org/10.15407/hftp11.03.291