综述：用于传感器的分子印迹聚合物涂层绿色碳点的研究进展

碳点（CDs）作为一种相对新兴的碳基材料，因其优良的光致发光特性、良好的生物相容性和低毒性而引起越来越多的关注，有利于其在传感器、生物成像、光动力治疗、给药等领域的成功应用。

分子印迹聚合物（MIPs）是一种功能性和高交联的材料，对目标化合物具有良好的识别性能、灵敏度和选择性。由于MIPs具有结合位点多且选择性强、制备简便、在极端工艺参数下稳定性好等诸多优点，因此MIPs与CDs的结合在提高基于CDs的传感器的灵敏度和选择性方面引起了广泛的研究兴趣。

近期，新泽西理工学院Chaudhery Mustansar Hussain教授团队综述了MIPs涂层的绿光CDs用于环境、食品和生物样品的环境友好型敏感传感器的研究进展。该综述介绍了CDs的绿光特性和合成方法，以及基于MIP涂层的绿光CDs传感器在生物、食品和环境方面的应用，并以“Emerging trends in green carbon dots coated with molecularly imprinted polymers for sensor platforms”为题发表在Trends in Analytical Chemistry期刊上。

在环境应用方面，Li等人制备了在环境水和生物样品中对萘普生具有选择性的MIP涂层绿光CDs。该研究以柠檬酸为碳源，采用水热法合成CDs。然后，通过溶胶-凝胶法将合成的CDs包埋到硅胶孔中，形成选择性MIP层。将萘普生从交联聚合物网络中去除后，该绿色纳米传感器可选择性检测环境和生物样品中的萘普生，检测限为0.03 µM。该传感器的线性浓度范围为0.05 µM~ 4 µM。

图1 CDs/MIP纳米传感器的制备及其对萘普生的传感行为

Bhogal等人利用设计和制作的绿色CDs结合MIPs进行了环境水样中三氯生的测定工作。为此，采用水热法对橙汁的主要成分柠檬酸、果糖、蔗糖、葡萄糖和抗坏血酸进行炭化反应，抗坏血酸为CDs的合成提供了条件。然后，将介孔硅基MIP壳层包覆在绿色CDs表面（图2）。制备的绿色纳米传感器对河水、自来水和污水中的三氯生表现出良好的传感性能，检测限为1.08 nM。

图2 绿光CDs/MIP纳米传感器对三氯生的检测及荧光猝灭机理研究

生物应用方面，Sun和同事开发了一种基于绿色CDs和选择性MIP的荧光纳米传感器，在临床样本中对甲胎蛋白具有选择性。以甲胎蛋白（AFP）为模板蛋白，n-异丙基丙烯酰胺和4-乙烯基苯基硼酸为pH敏感和热敏功能单体，制备了具有乙烯基基团功能化的绿色CDs纳米传感器。另一方面，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和过二硫化铵（APS）分别作为引发剂和交联剂（图3）。所制备的荧光纳米传感器在10 ng/mL~ 100 ng/mL浓度范围内表现出良好的线性传感响应，检测限为0.474 ng/mL。

图3 基于CDs和MIP的目标蛋白AFP绿色纳米传感器的合成

Bhogal和同事进行了一项针对血清和尿液样本中酮洛芬的绿色功能化CDs/MIP纳米传感器的制备工作。为此目的，将柠檬酸和N- β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷（AEAP）作为碳源和功能化试剂合成绿光CDs（图4）。在最佳参数下，所制备的绿色纳米传感器对酮洛芬具有良好的传感性能，且在0.039 μM~ 3.9 μM范围内具有良好的线性响应，检测限为0.01 μM。

图4 酮洛芬绿色CDs/MIP纳米传感器的合成及传感机理研究

在食品应用方面，在Wang等人的一项工作中，利用基于绿色CDs和MIP的纳米传感器对贝类和湖泊水样中的软骨藻酸进行了灵敏的测定。采用环境友好型水热法，以柠檬酸为碳源合成绿光CDs。此外，为了更有效地对软骨藻酸进行现场分析，研究人员设计制作了一种承载CDs/MIP纳米颗粒的纸基传感器，并在较短的时间（20 min）内对真实样品中的软骨藻酸进行了测定。所研制的绿色传感器对贝类和湖泊水体中的软骨藻酸具有良好的稳定性和识别能力，检测限低（10 nM）。该传感器的传感响应在0.05 mM~ 5 mM之间呈现良好的线性关系。

图5 （A）CDs/MIP的绿色合成过程；（B）软骨藻酸的传感机理

综上所述，考虑到MIPs的非凡特性（即稳定性、可重复使用性、对目标化合物的高选择性和亲和力等）和绿光CDs的水溶性、光稳定性和低毒性等特点，基于MIP/绿色CDs的传感器是强大而新兴的系统之一，可以成功地应用于生物、食品和环境领域。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.trac.2023.117205