Флуоресцентные наноматериалы из нанокристаллической целлюлозы
- Autores: Белых А.Г.1, Друзь Ю.И.1, Михайлов В.И.1, Ситников П.А.1, Торлопов М.А.1, Шевченко О.Г.2
-
Afiliações:
- Институт химии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
- Институт биологии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
- Edição: Volume 97, Nº 5 (2024)
- Páginas: 401-409
- Seção: Высокомолекулярные соединения и материалы на их основе
- URL: https://kld-journal.fedlab.ru/0044-4618/article/view/668075
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461824050062
- EDN: https://elibrary.ru/KGATSK
- ID: 668075
Citar
Resumo
Флуоресцирующие наносистемы, содержащие углеродные квантовые точки (УКТ), получены одностадийным гидротермальным методом с использованием двух типов нанокристаллической целлюлозы (НКЦ): частиц с составом поверхности, близким к нативной целлюлозе (Н-НКЦ), и частиц с сульфатированной поверхностью (С-НКЦ). Наносистемы были охарактеризованы с помощью ультрафиолетовой спектроскопии, инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, анализа динамического светорассеяния и флуоресцентной микроскопии. ζ-Потенциал золей составляет от –9.4 до –22.4 мВ для УКТ/Н-НКЦ и –18.3 мВ для УКТ/С-НКЦ. Золи углеродных наночастиц имеют ярко-синее свечение при воздействии ультрафиолетового излучения и необычную флуоресценцию, не зависящую от возбуждения, с квантовым выходом излучения 8.70% для УКТ/Н-НКЦ и 0.84% для УКТ/С-НКЦ. Полученные наноматериалы проявляют высокую антирадикальную активность в тесте с 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом.
Texto integral

Sobre autores
Анна Белых
Институт химии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
Autor responsável pela correspondência
Email: anna407@rambler.ru
ORCID ID: 0009-0001-6607-0621
к.т.н.
Rússia, 167000, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 48Юлия Друзь
Институт химии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
Email: anna407@rambler.ru
ORCID ID: 0000-0002-0119-5503
Rússia, 167000, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 48
Василий Михайлов
Институт химии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
Email: anna407@rambler.ru
ORCID ID: 0000-0003-1544-6593
к.х.н.
Rússia, 167000, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 48Петр Ситников
Институт химии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
Email: anna407@rambler.ru
ORCID ID: 0000-0002-9937-9801
к.х.н.
Rússia, 167000, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 48Михаил Торлопов
Институт химии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
Email: anna407@rambler.ru
ORCID ID: 0000-0002-0991-906X
к.х.н.
Rússia, 167000, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 48Оксана Шевченко
Институт биологии ФИЦ Коми научного центра Уральского отделения РАН
Email: anna407@rambler.ru
ORCID ID: 0000-0001-5331-3201
к.б.н.
Rússia, 167982, г. Сыктывкар, ГСП-2, ул. Коммунистическая, д. 28Bibliografia
- Ozyurt D., Kobaisi M. A., Hocking R. K., Fox B. Properties, synthesis, and applications of carbon dots: A review // Carbon Trends. 2023. V. 12. P. 1–27. https://doi.org/10.1016/j.cartre.2023.100276
- Yang G., Wan X., Su Y., Zeng X., Tang J. Acidophilic S-doped carbon quantum dots derived from cellulose fibers and their fluorescence sensing performance for metal ions in an extremely strong acid environment // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. N 33. P. 12841–12849. https://doi.org/10.1039/C6TA05943K
- Zou W., Ma X., Zheng P. Preparation and functional study of cellulose/carbon quantum dot composites // Cellulose. 2020. V. 27. N 4. P. 2099–2113. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02926-8
- Sachdev A., Gopinath P. Green synthesis of multifunctional carbon dots from coriander leaves and their potential application as antioxidants, sensors and bioimaging agents // Analyst. 2015. V. 140. N 12. P. 4260–4269. https://doi.org/10.1039/c5an00454c
- Bayat A., Masoum S., Hosseini E. S. Natural plant precursor for the facile and eco-friendly synthesis of carbon nanodots with multifunctional aspects // J. Mol. Liq. 2019. V. 281 P. 134–140. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.02.074
- Shen J., Shang S., Chen X., Wang D., Cai Y. Highly fluorescent N, S-co-doped carbon dots and their potential applications as antioxidants and sensitive probes for Cr (VI) detection // Sens. Actuators. 2017. V. 248. P. 92–100. http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.123
- Rizzo C., Arcudi F., Đorđević L., Dintcheva N. T., Noto R., DʹAnna F., Prato M. Nitrogen-doped carbon nanodots-ionogels: Preparation, characterization, and radical scavenging activity // ACS Nano. 2018. V. 12. P. 1296–1305. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b07529
- Sevgi K., Tepe B., Sarikurkcu C. Antioxidant and DNA damage protection potentials of selected phenolic acids // Food Chem. Toxicol. 2015. V. 77. Р. 12–21. https://doi.org/10.1016/j.fct.2014.12.006
- Bao H., Liu Y., Li H., Qi W., Sun K. Luminescence of carbon quantum dots and their application in biochemistry // Heliyon. 2023. V. 9. P. 1–22. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e20317
- Molaei M. J. A review on nanostructured carbon quantum dots and their applications in biotechnology, sensors, and chemiluminescence // Talanta. 2019. V. 196. P. 456–478. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.12.042
- Kumara B. N., Kalimuthu P., Prasad K. S. Synthesis, properties and potential applications of photoluminescent carbon nanoparticles: A review // Anal. Chim. Acta. 2023. V. 1268. P. 1–27. https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.341430
- Rawat P., Nain P., Sharma S., Sharma P. K., Malik V., Majumder S., Verma V. P., Rawat V., Rhyee J. S. An overview of synthetic methods and applications of photoluminescence properties of carbon quantum dots // Luminescence. 2023. V. 38. N 7. P. 845–866. https://doi.org/10.1002/bio.4255
- Kazaryan S. A., Nevolin V. N., Starodubtsev N. F. Synthesis and study of new luminescent carbon particles with high emission quantum yield // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2019. V. 10. P. 271–284. https://doi.org/10.1134/S2075113319020217
- Hassanvand Z., Jalali F., Nazari M., Parnianchi F., Santoro C. Carbon nanodots in electrochemical sensors and biosensors: A review // ChemElectroChem. 2021. V. 8. N 1. P. 15–35. https://doi.org/10.1002/celc.202001229
- Hill S., Galan M. C. Fluorescent carbon dots from mono-and polysaccharides: Synthesis, properties and applications // Beilstein J. Org. Chem. 2017. V. 13. N 1. P. 675–693. https://doi.org/10.3762/bjoc.13.67
- Choi Y., Zheng X. T., Tan Y. N. Bioinspired carbon dots (biodots): Emerging fluorophores with tailored multiple functionalities for biomedical, agricultural and environmental applications // Mol. Syst. Des. Eng. 2020. V. 5. N 1. P. 67–90. https://doi.org/10.1039/C9ME00086K
- da Silva Souza D. R., Caminhas L. D., de Mesquita J. P., Pereira F. V. Luminescent carbon dots obtained from cellulose // Mater. Chem. Phys. 2018. V. 203. P. 148–155. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.10.001
- Torlopov M. A., Udoratina E. V., Martakov I. S., Sitnikov P. A. Cellulose nanocrystals prepared in H3PW12O40/acetic acid system // Cellulose. 2017. V. 24. N 5. P. 2153–2162. https://doi.org/10.1007/s10570-017-1256-3
- Boluk Y., Lahiji R., Zhao L., McDermott M. T. Suspension viscosities and shape parameter of cellulose nanocrystals (CNC) // Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp. 2011. V. 377. N 1–3. P. 297–303. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.01.003
- Liu H., Zhong X., Pan Q., Zhang Y., Deng W., Zou G., Hou H., Ji X. A review of carbon dots in synthesis strategy // Coord. Chem. Rev. 2024. V. 498. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215468
- Suner S. S., Sahiner M., Ayyala R. S., Bhethanabotla V. R., Sahiner N. Versatile fluorescent carbon dots from citric acid and cysteine with antimicrobial, anti-biofilm, antioxidant, and AChE enzyme inhibition capabilities // J. Fluoresc. 2021. V. 31. N 6. P. 1705–1717. https://doi.org/10.1007/s10895-021-02798-x
- Wang J., Zheng J., Yang Y., Liu X., Qiu J., Tian Y. Tunable full-color solid-state fluorescent carbon dots for light emitting diodes // Carbon. 2022. V. 190. P. 22–31. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.01.001
- Hu D., Lin K. H., Xu Y., Kajiyama M., Neves M. A., Ogawa K., Enomae T. Microwave-assisted synthesis of fluorescent carbon dots from nanocellulose for dual-metal ion-sensor probe: Fe (III) and Mn (II) // Cellulose. 2021. V. 28. N 15. P. 9705–9724. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04126-9
- Shen P., Gao J., Cong J., Liu Z., Li C., Yao J. Synthesis of cellulose-based carbon dots for bioimaging // ChemistrySelect. 2016. V. 1. N 7. P. 1314–1317. https://doi.org/10.1002/slct.201600216
- Liu Z., Chen M., Guo Y., Zhou J., Shi Q., Sun R. Oxidized nanocellulose facilitates preparing photoluminescent nitrogen-doped fluorescent carbon dots for ions detection and bioimaging // Chem. Eng. J. 2020. V. 384. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123260
- Zhu M., Xiong J., Li S., Chen Q. Synthesis of nanocellulose based nitrogen doped carbon quantum dots with high fluorescence quantum yields for multifunctional applications // Starch-Stärke. 2023. V. 75. N 11–12. P. 1–11. https://doi.org/10.1002/star.202300005
- Rani U. A., Ng L. Y., Ng C. Y., Mahmoudi E. A review of carbon quantum dots and their applications in wastewater treatment // Adv. Colloid Interface Sci. 2020. V. 278. P. 1–24. https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102124
- Jiang Z., Krysmann M. J., Kelarakis A., Koutnik P., Anzenbacher P., Roland P. J., Ellingson R. Understanding the photoluminescence mechanism of carbon dots // MRS Adv. 2017. V. 2. N 51. P. 2927–2934. https://doi.org/10.1557/adv.2017.461
- Zhao Z., Guo Y., Zhang T., Ma J., Li H., Zhou J., Wang Z., Sun R. Preparation of carbon dots from waste cellulose diacetate as a sensor for tetracycline detection and fluorescence ink // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 164. P. 4289–4298. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.243
- Chung S., Revia R. A., Zhang M. Graphene quantum dots and their applications in bioimaging, biosensing, and therapy // Advanced Mater. 2021. V. 33. N 22. P. 1–26. https://doi.org/10.1002/adma.201904362
- Khan S., Verma N. C., Chethana, Nandi C. K. Carbon dots for single-molecule imaging of the nucleolus // ACS Appl. Nano Mater. 2018. V. 1. N 2. P. 483–487. https://doi.org/10.1021/acsanm.7b00175
- Hu Z., Ballinger S., Pelton R., Cranston E. D. Surfactant-enhanced cellulose nanocrystal Pickering emulsions // J. Colloid Interface Sci. 2015. V. 439. P. 139–148. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.10.034
- 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. V. 121. N 3. P. 2014–2022. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b12519
- Meierhofer F., Dissinger F., Weigert F., Jungclaus J., Müller-Caspary K., Waldvogel S. R., Resch-Genger U., Voss T. Citric acid based carbon dots with amine type stabilizers: pH-specific luminescence and quantum yield characteristics // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. N 16. P. 8894–8904. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b11732
Arquivos suplementares
