▎導(dǎo)讀

隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，各種類型的硫納米材料應(yīng)運(yùn)而生，其中包括硫納米顆粒、硫量子點(diǎn)以及具有雜化結(jié)構(gòu)的含硫納米復(fù)合物。作為一種新興的“零維”納米發(fā)光材料，硫量子點(diǎn)憑借其光致發(fā)光性能、低毒性以及便捷的制備過程等特性，在光學(xué)傳感領(lǐng)域展現(xiàn)出了極為重要的應(yīng)用潛力，并正日益受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

近日，贛南醫(yī)科大學(xué)的黃啟同教授課題組在《發(fā)光學(xué)報》上發(fā)表了一篇綜述文章，題為“硫量子點(diǎn)的合成及其在光學(xué)傳感中的應(yīng)用”。該文章主要探討了硫量子點(diǎn)的合成方法，并深入討論了基于硫量子點(diǎn)的光學(xué)傳感器在環(huán)境污染物及生物小分子檢測方面的實(shí)際應(yīng)用。最后，作者對硫量子點(diǎn)在光學(xué)傳感器應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)，并對硫量子點(diǎn)的未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1、引言

硫量子點(diǎn)（Sulfur quantum dots）作為一類新型的“零維”發(fā)光納米材料，其直徑通常小于10 nm。由于硫量子點(diǎn)具有較為優(yōu)異的光致發(fā)光性能、良好的生物相容性、前驅(qū)體來源豐富等特點(diǎn)，使其在多個領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。例如，在細(xì)胞成像、抗菌治療、發(fā)光器件制造以及光催化等方面，特別是在光學(xué)傳感領(lǐng)域，硫量子點(diǎn)可用于檢測各種生物分子和化學(xué)物質(zhì)，為生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域提供了新的解決方案，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。圖1總結(jié)了近年來硫量子點(diǎn)的文章發(fā)表情況。

圖1：2019年1月1日至2024年6月20日關(guān)于硫量子點(diǎn)研究發(fā)表文章情況

本文主要綜述了硫量子點(diǎn)的合成方法及其作為傳感材料在光學(xué)傳感應(yīng)用中的新進(jìn)展，總結(jié)了硫量子點(diǎn)在環(huán)境污染物（金屬離子、有機(jī)污染物）和生物分子等檢測中的應(yīng)用，并深入探討了硫量子點(diǎn)在傳感領(lǐng)域中面臨的挑戰(zhàn)與未來的發(fā)展前景（圖2）。該文章將有助于推動硫量子點(diǎn)在光學(xué)傳感領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，并為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供有利的參考和啟示。

圖2：硫量子點(diǎn)的合成方法及其應(yīng)用

2. 硫量子點(diǎn)的合成

長期以來，研究人員致力于通過表面修飾和合成方法的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對硫量子點(diǎn)功能的改變，以滿足對特定分析物的檢測需求。對于硫量子點(diǎn)而言，合成策略和鈍化劑的選擇對其物理化學(xué)性質(zhì)，包括尺寸、熒光特性、量子產(chǎn)率和穩(wěn)定性等，具有顯著影響。到目前為止，硫量子點(diǎn)的制備方法主要包括過氧化氫輔助合成法、水熱法、氧加速合成法和組裝裂變法等。所制備的硫量子點(diǎn)通常由硫聚合物核心和豐富的表面官能團(tuán)構(gòu)成，這些表面官能團(tuán)不僅增加了硫量子點(diǎn)的功能化和溶解性，還賦予了硫量子點(diǎn)穩(wěn)定且可調(diào)的光學(xué)特性。再者，硫量子點(diǎn)的光致發(fā)光特性為傳感應(yīng)用提供了可能。熒光猝滅和熒光能量共振轉(zhuǎn)移等熒光系統(tǒng)中重要的過程為硫量子點(diǎn)在傳感領(lǐng)域明確了應(yīng)用方向，使其有望發(fā)展成為硫基發(fā)光材料和熒光傳感器，為在光學(xué)傳感應(yīng)用中提供了便捷途徑。

3. 硫量子點(diǎn)在光學(xué)傳感技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 硫量子點(diǎn)作為傳感材料在檢測環(huán)境污染物中的應(yīng)用

本部分主要總結(jié)了近年來硫量子點(diǎn)在環(huán)境污染物（金屬離子、有機(jī)污染物）的檢測應(yīng)用。盡管硫量子點(diǎn)作為探針材料在金屬離子的檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，但目前所檢測的金屬離子主要局限于鐵離子、鉻離子和鈷離子，針對其他金屬離子的檢測相對較少。另外，目前硫量子點(diǎn)在有機(jī)污染物熒光傳感器中的應(yīng)用也相對較少。為了進(jìn)一步擴(kuò)大硫量子點(diǎn)的檢測應(yīng)用范圍，未來需要探索更多基于硫量子點(diǎn)的其他金屬離子檢測方法。

3.2 硫量子點(diǎn)作為傳感材料在檢測生物分子中的應(yīng)用

本部分主要總結(jié)了近年來硫量子點(diǎn)在生物分子中的檢測成果。雖然硫量子點(diǎn)在生物分子檢測領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍面臨著熒光穩(wěn)定性不足等挑戰(zhàn)。今后需要進(jìn)一步優(yōu)化硫量子點(diǎn)的合成方法，提高其熒光穩(wěn)定性和檢測靈敏度，同時探索更多基于熒光波長偏移的硫量子點(diǎn)熒光探針，以拓展其在生物分子檢測領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

4. 總結(jié)與展望

本文總結(jié)了近幾年關(guān)于硫量子點(diǎn)在環(huán)境污染物（金屬離子、有機(jī)污染物）和生物分子檢測等領(lǐng)域中作為光學(xué)傳感材料的應(yīng)用進(jìn)展。然而，目前該領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)與亟待解決問題，具體而言主要包括：（1）硫量子點(diǎn)水溶液發(fā)光效率低，而制備成粉末時又存在因聚集而導(dǎo)致熒光猝滅的問題。因此，如何提升硫量子點(diǎn)在不同狀態(tài)下的發(fā)光效率及光穩(wěn)定性，對于拓展其應(yīng)用范圍具有重要意義。（2）不同前驅(qū)體以及不同合成方法所制備的硫量子點(diǎn)的發(fā)光機(jī)理也尚待明確，探明發(fā)光機(jī)理將有助于指導(dǎo)合成方法及探尋新的應(yīng)用。（3）硫量子點(diǎn)的合成過程耗時且涉及有害物質(zhì)，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。因此，開發(fā)綠色、高效的硫量子點(diǎn)合成方法顯得尤為迫切。（4）盡管研究人員已利用硫量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)將其應(yīng)用于傳感等領(lǐng)域，但其傳感機(jī)制仍有待進(jìn)一步探究。（5）硫量子點(diǎn)復(fù)合材料可有效提升光學(xué)傳感器的性能，因此，探索更多能夠增強(qiáng)硫量子點(diǎn)性能的材料也是當(dāng)前的研究重點(diǎn)之一。（6）如何實(shí)現(xiàn)基于硫量子點(diǎn)光學(xué)傳感器的產(chǎn)業(yè)化也是目前面臨的難點(diǎn)之一。

總之，硫量子點(diǎn)是一種具有巨大應(yīng)用潛力的納米材料，通過對其基本性質(zhì)的深入探索和性能的不斷改進(jìn)，有望為純元素量子點(diǎn)家族開辟更多研究領(lǐng)域，并提供更為廣闊的發(fā)展機(jī)遇。

▎論文信息

廖靜, 劉承昊, 朱云霄, 馬小明, 南欣茹, 雷巧雯, 張漢強(qiáng)*, 黃啟同*, 林小鳳*. 硫量子點(diǎn)的合成及其在光學(xué)傳感中的應(yīng)用[J]. 發(fā)光學(xué)報, 2024, 45(09): 1431-1444. DOI: 10.37188/CJL.20240146.

https://cjl.lightpublishing.cn/zh/article/doi/10.37188/CJL.20240146/