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Jun 24, 2023

Points quantiques de carbone pur et dopé comme sondes fluorescentes pour la détection de composés phénoliques et d'antibiotiques dans les aquariums

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 12863 (2023) Citer cet article 1700 Accès 1 Détails des métriques Altmetric Les résidus d'antibiotiques et les produits chimiques organiques résultant des conditions climatiques continues

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12863 (2023) Citer cet article

1700 accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les résidus d'antibiotiques et les produits chimiques organiques résultant du changement climatique continu, de l'urbanisation et de la demande alimentaire croissante ont un impact néfaste sur la protection de l'environnement et de la santé humaine. Nous avons donc créé un nanocapteur fluorescent unique basé sur les points quantiques de carbone dopants B, N-CQD (bore et azote) pour étudier de nouvelles méthodologies de détection pour l'identification précise et concentrée des antibiotiques et des substances dérivées du phénol afin de garantir qu'ils sont inclus dans les pourcentages autorisés. . Les B, N-CQD hautement fluorescents tels que préparés avaient une gamme limitée de tailles comprises entre 1 et 6 nm et des tailles moyennes de 2, 5 nm dans notre étude. Les nouveaux B, N-CQD ont montré une sensibilité et une sélectivité élevées pour les dérivés phénoliques tels que l'hydroquinone, le résorcinol et le para-aminophénol, ainsi que pour les solvants organiques tels que l'hexane, avec de faibles limites de détection de 0,05, 0,024, 0,032 et 0,013 µM respectivement dans un milieu aqueux. Les sondes B, N-CQD à haute fluorescence ont été examinées par microscopie électronique à transmission (TEM), par diffraction des rayons X (XRD), par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et par spectroscopie UV/VIS. Les résultats ont été comparés aux points quantiques de carbone (CQD) générés précédemment à partir de l’urée.

Le changement climatique et l’expansion démographique mondiale ont accru la demande de nourriture et de médicaments. Les inquiétudes concernant la pêche ont conduit à un mauvais usage des antibiotiques, car ils ont été surutilisés. Environ 63 000 tonnes d'antibiotiques ont été utilisées en 2010, et ce chiffre devrait atteindre 107 000 tonnes d'ici 20301. Les antibiotiques utilisés en si grande quantité dans les habitats aquatiques peuvent augmenter le risque de résistance des micro-organismes à l'antibiotique. Plus de 700 000 personnes meurent chaque année de maladies provoquées par des bactéries résistantes aux antibiotiques, ce qui en fait un problème sérieux dans notre société. D’ici 2050, si rien n’est fait, ce nombre pourrait atteindre 10 millions2.

En raison du rejet d’eaux usées contaminées provenant d’activités industrielles, agricoles et domestiques, des composés phénoliques existent dans les plans d’eau. Il est reconnu que ces substances sont dangereuses et ont un impact négatif sur les personnes et les animaux. L'hydroquinone, l'un des principaux dérivés du phénol, est un produit chimique hépatotoxique et cancérigène bien connu3. Des recherches récentes ont révélé que l'hydroquinone pourrait augmenter le risque de cancer en endommageant l'ADN et en affaiblissant le système immunitaire4. Les aminophénols sont des produits chimiques potentiellement dangereux et mutagènes utilisés ou libérés dans les secteurs industriel, médical et agricole5,6. Les para-aminophénols (PAP) sont également utilisés comme matière première pour produire du paracétamol, l’un des médicaments les plus couramment fabriqués dans le monde. Ils sont disponibles depuis longtemps pour une administration orale7. La quantité de PAP dans le monde augmente au rythme de 5 % par an. Le PAP induit une néphrotoxicité et, de la même manière que le Paracétamol, induit une hépatotoxicité8. De plus, le (PAP) affecte négativement la vie aquatique9,10. Il est donc essentiel de rechercher des technologies non toxiques hautement efficaces, respectueuses de l’environnement et stables.

En raison de leurs caractéristiques exceptionnelles, telles qu’une non-toxicité et une biocompatibilité supérieures, une résistance mécanique et une stabilité thermique, les nanomatériaux à base de carbone ont récemment suscité beaucoup d’intérêt dans la recherche. Ces caractéristiques ouvrent de nombreuses possibilités dans divers domaines d’études11,12. Les points quantiques de carbone (CQD) sont des matériaux de dimension zéro (0D) d’une taille moyenne inférieure à 10 nm13. Les CQD ont un large éventail d’applications dans les domaines de la santé et de l’environnement14.

En raison du potentiel de nouvelles recherches sur les mécanismes et les futures méthodes améliorées de détection de divers produits chimiques ambiants, les capteurs basés sur CQD ont fait l'objet de recherches approfondies. Il a été suggéré qu'il s'agissait d'une stratégie prometteuse pour la détection des polluants et la surveillance environnementale15,16. En raison de leur photostabilité élevée, de leur biocompatibilité, de leur force de fluorescence relative et de leur potentiel de photoluminescence contrôlable pour la fonctionnalisation de surface17. Il a été démontré que le dopage des CQD avec des hétéroatomes N-, P-, S- et B- et d'autres hétéroatomes modifie leur bande interdite et leur densité électronique, améliorant ainsi leur rendement quantique et étendant leur gamme d'applications18. Les CQD dopés détectent avec succès les produits pharmaceutiques indésirables et les contaminants environnementaux tels que les pesticides, les antibiotiques, les produits chimiques phénoliques, les hydrocarbures polyaromatiques et les ions de métaux lourds19.