碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)在傳感領(lǐng)域的研究進(jìn)展

李 坤，張國軍

（湖北中醫(yī)藥大學(xué)納米生物傳感中心，湖北 武漢 430065）

量子點(diǎn)是一種低維半導(dǎo)體材料，其直徑一般為2～20 nm，具有激發(fā)光譜寬、光化學(xué)穩(wěn)定性高和熒光壽命長等特點(diǎn)[1]。碳量子點(diǎn)是一種熒光碳納米材料，直徑一般＜10 nm[2-5]。石墨烯量子點(diǎn)是由石墨烯或氧化石墨烯衍生而來的碳量子點(diǎn)的子集。與鍺量子點(diǎn)、硫化鎘量子點(diǎn)和硒化鎘量子點(diǎn)等其他量子點(diǎn)相比，碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)表現(xiàn)出可調(diào)節(jié)的熒光性質(zhì)、優(yōu)異的光穩(wěn)定性、良好的生物相容性、低毒性和導(dǎo)電性[6]，因此被廣泛用于藥物運(yùn)輸、生物成像和生物傳感等領(lǐng)域[7]。碳量子點(diǎn)是2004年XU等[8]在加工單壁碳納米管過程中發(fā)現(xiàn)的，他們發(fā)現(xiàn)這些直徑為幾納米的碳質(zhì)材料可以在365 nm的紫外光下發(fā)出不同顏色的熒光，故將其命名為熒光納米粒子。這些小的碳質(zhì)材料在2006年被SUN等[9]科學(xué)地命名為碳量子點(diǎn)。由于碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)具有無毒、產(chǎn)量豐富、低成本、強(qiáng)熒光和相對(duì)較好的溶解性等特點(diǎn)，所以自發(fā)現(xiàn)以來，學(xué)者們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)簡單、高產(chǎn)率的合成，提出了許多方法。本文擬介紹碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的主要合成方法及其光致發(fā)光的進(jìn)展，為二者在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1 碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的合成方法

碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)自被發(fā)現(xiàn)以來，合成方法不斷更新，現(xiàn)在可大致分為“自上而下”方法和“自下而上”方法[10-11]兩類，“自上而下”方法是通過化學(xué)、電化學(xué)或物理方法將碳纖維、活性炭等大尺寸的碳材料分解成納米尺寸的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)?！白韵露稀狈椒▌t是通過有機(jī)小分子的縮合、聚合、碳化和鈍化生成。

“自上而下”方法主要有電化學(xué)氧化法[12]、酸氧化法[13]和激光消蝕法[14]等。電化學(xué)氧化法是利用石墨烯、石墨、碳纖維等相對(duì)較大的碳材料制造碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的最常用的方法之一。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，原材料豐富并有利于大量生產(chǎn)，但合成碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的純化過程復(fù)雜。酸氧化法是用氧化性酸來碳化有機(jī)分子，通過控制氧化過程得出更小的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)，但是反應(yīng)所需的條件較為苛刻，反應(yīng)過程劇烈。激光消蝕法所獲得的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)顯示出可調(diào)、可見且穩(wěn)定的熒光。

“自下而上”的方法一般為微波輔助合成法[15]和水熱法[16]等。微波輔助合成法的合成過程更加簡便，但對(duì)所得的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的尺寸大小缺乏有效控制。水熱法是將有機(jī)前體溶液置于水熱反應(yīng)器中，在高溫下進(jìn)行反應(yīng)。水熱法成本低廉、過程無毒，但碳源的來源會(huì)極大地影響量子點(diǎn)的性質(zhì)，不同的碳前體使用相同的方法制造出的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)往往對(duì)金屬離子表現(xiàn)出截然不同的選擇性。微波加熱均勻、高效，反應(yīng)速度快，反應(yīng)時(shí)間短（通常只需幾分鐘），因此微波輔助合成法是碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)合成方法中最簡便、最省時(shí)的方法，因而在傳感領(lǐng)域被廣泛用于碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的制備[10]。

2 碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)

目前影響碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)光致發(fā)光的原因主要包括表面邊緣態(tài)和共軛π鍵2個(gè)方面[17]。表面邊緣態(tài)對(duì)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)光致發(fā)光的影響包括其鋸齒狀的邊緣類型、含氧基團(tuán)、氨基和量子點(diǎn)核。當(dāng)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)只具有較少的表面化學(xué)基團(tuán)時(shí)，共軛π鍵的帶隙被認(rèn)為是光致發(fā)光的主要原因，碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的光致發(fā)光可以通過調(diào)節(jié)共軛π鍵的大小來調(diào)節(jié)。

碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)低量子產(chǎn)率限制了其在熒光傳感中的應(yīng)用，因此研究者通過表面功能化和摻雜其他雜原子來改善碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)。QU等[18]通過水熱法，以檸檬酸為碳源，再通過含氮的堿，如尿素對(duì)石墨烯量子點(diǎn)進(jìn)行氮摻雜，與無氮摻雜的石墨烯量子點(diǎn)相比，摻氮石墨烯量子點(diǎn)的光致發(fā)光量子產(chǎn)率值提高到58%。VENKATESWARA RAJU等[19]將磷摻雜到碳量子點(diǎn)中，合成了磷摻雜的碳量子點(diǎn)，其電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度比未摻雜的碳量子點(diǎn)高4倍，計(jì)算出的電化學(xué)發(fā)光量子產(chǎn)率為58.8%，是未摻雜碳量子點(diǎn)（29.52%）的2倍。因此，碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的光致發(fā)光特性被廣泛應(yīng)用于傳感領(lǐng)域。

3 碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用

碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)具有良好的導(dǎo)電性和固有的熒光性質(zhì)，可以用作傳感器檢測各種分析靶標(biāo)的探針。目前使用碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)制造的傳感器可大致分為光學(xué)傳感器、光學(xué)生物傳感器、電化學(xué)生物傳感器、場效應(yīng)晶體管生物傳感器和光電化學(xué)生物傳感器。

3.1 光學(xué)傳感器

依據(jù)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)固有的熒光性質(zhì)，目前這2種量子點(diǎn)已被廣泛用于檢測金屬離子，如Fe3+[20]、Cu2+[21]、Hg2+[22]、Pd2+[23]等，其檢測原理較為相似，利用碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)與目標(biāo)金屬離子的結(jié)合引起熒光信號(hào)改變，來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)金屬離子的檢測。

有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)進(jìn)行元素?fù)诫s可使其具有更強(qiáng)的熒光性質(zhì)，將這種摻雜的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)應(yīng)用到傳感器的檢測往往可以得到更低的檢測限。DAS等[24]以氧化石墨烯為碳源，以二甲基甲酰胺為溶劑，用溶劑熱法合成了氮摻雜的石墨烯量子點(diǎn)，將其修飾在金顆粒上來檢測Fe3+，線性范圍為1～10 000 nmol/L，檢出限為1 nmol/L。金-氮摻雜的石墨烯量子點(diǎn)能高靈敏地檢測Fe3+，主要是因?yàn)榻?氮摻雜的石墨烯量子點(diǎn)表面官能團(tuán)具有較好的分散性，且表面官能團(tuán)中有羥基，可以與Fe3+形成配位，富電子金納米量子點(diǎn)將電子轉(zhuǎn)移到Fe3+離子的半填充3D軌道上進(jìn)行中和。

使用碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)先與目標(biāo)金屬離子結(jié)合導(dǎo)致熒光淬滅，加入與目標(biāo)金屬離子親和性更強(qiáng)的物質(zhì)使熒光恢復(fù)的雙發(fā)射熒光傳感器也相繼出現(xiàn)。FU等[25]以海藻酸鈉為碳源，組氨酸為氮源和功能單體，通過一鍋水熱合成法制備高光致發(fā)光的碳量子點(diǎn)，通過使用碳量子點(diǎn)和羅丹明B，構(gòu)造了一種用于檢測Hg2+和生物硫醇的傳感器。檢測原理為碳量子點(diǎn)的表面官能團(tuán)與Hg2+之間存在強(qiáng)靜電相互作用，比率傳感器中碳量子點(diǎn)的光致發(fā)光可以被Hg2+選擇性地強(qiáng)烈抑制；當(dāng)谷胱甘肽（glutathione，GSH）被引入到傳感系統(tǒng)中時(shí)，由于生物硫醇和Hg2+之間更強(qiáng)的親和力，碳量子點(diǎn)的熒光可以被快速恢復(fù)，而羅丹明B的熒光在該傳感過程中保持恒定。Hg2+和GSH的檢測限分別為30和20 nmol/L。

MA等[26]將CdTe量子點(diǎn)、CdS量子點(diǎn)、ZnS量子點(diǎn)和碳量子點(diǎn)封裝到咪唑酸沸石骨架中，通過一鍋法制作了一種熒光傳感器。他們發(fā)現(xiàn)該傳感器對(duì)Cu2+具有良好的靈敏度和選擇性，線性范圍為5～100 nmol/L，檢測限為1.53 nmol/L；該傳感器可用于自來水中Cu2+的監(jiān)測。XUE等[20]將碳量子點(diǎn)與氧化纖維素納米纖維（oxidized cellulose nanofibril，OCNF）結(jié)合制作了碳量子點(diǎn)-OCNF納米紙，用于特異性檢測Fe3+，該方法簡單快速，但靈敏度和特異性需要進(jìn)一步提高。光學(xué)傳感器主要利用碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)對(duì)特定金屬離子的選擇性來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子的檢測。該類傳感器制作簡單，成本低廉，可以用來檢測人體內(nèi)的各種微量元素。同時(shí)，也可以制造小型的即時(shí)檢驗(yàn)（pointof-care testing，POCT）儀器。但該類傳感器的靈敏度稍差。

3.2 光學(xué)生物傳感器

光學(xué)生物傳感器與光學(xué)傳感器類似，通過對(duì)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)固有的熒光信號(hào)的淬滅或恢復(fù)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的檢測。不同的是，光學(xué)生物傳感器通過在碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)表面修飾生物探針，例如DNA、抗體、酶等，來提高碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)檢測的選擇性。

ZHANG等[27]在石墨烯量子點(diǎn)上修飾芘功能化分子信標(biāo)探針（pyrene-functionalized molecular beacon probe，py-MB），并用熒光基團(tuán)標(biāo)記py-MB。通過py-MB自身的堿基配對(duì)特異性以及石墨烯量子點(diǎn)向py-MB標(biāo)記的熒光染料的熒光共振能量轉(zhuǎn)移（fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET），實(shí)現(xiàn)了對(duì)微小RNA（microRNA，miRNA）的定性和定量檢測。因?yàn)橐肓塑?，保證了石墨烯量子點(diǎn)和標(biāo)記在分子信標(biāo)上的熒光染料之間產(chǎn)生FRET，使熒光染料的熒光信號(hào)增強(qiáng)。目標(biāo)miRNA和py-MB環(huán)結(jié)構(gòu)之間的雜交導(dǎo)致發(fā)夾結(jié)構(gòu)開放，形成更剛性的雙鏈結(jié)構(gòu)，阻礙了FRET，從而降低了熒光染料的熒光信號(hào)。通過熒光信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)miR-155的檢測，線性范圍為0.1～200 nmol/L。

WEI等[28]開發(fā)了一種基于單鏈DNA（singlestranded DNA，ssDNA）和碳量子點(diǎn)的熒光生物傳感器。當(dāng)ssDNA附著在碳量子點(diǎn)上時(shí)可降低碳量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。在丙烯酰胺存在的情況下，ssDNA優(yōu)先與丙烯酰胺結(jié)合，使碳量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度恢復(fù)。該傳感器檢測ssDNA的線性范圍為0.1～5 000 μmol/L，檢測限可低至0.024 1 μmol/L。LV等[29]將DNA與碳量子點(diǎn)結(jié)合制備了熒光生物量子點(diǎn)探針，通過堿基配對(duì)檢測三聚氰胺，線性范圍為5～600 μmol/L，檢測限為1.4 μmol/L。SHI等[30]分別在石墨烯量子點(diǎn)和金納米粒子（gold nanoparticle，AuNP）上修飾金黃色葡萄球菌mecA基因的捕獲探針和報(bào)告探針，通過堿基互補(bǔ)配對(duì)使石墨烯量子點(diǎn)和AuNP之間發(fā)生FRET，導(dǎo)致石墨烯量子點(diǎn)熒光淬滅，該石墨烯量子點(diǎn)-AuNP生物傳感器對(duì)金黃色葡萄球菌mecA基因序列的檢測限為1 nmol/L。光學(xué)生物傳感器通過在碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)上修飾生物探針，可以應(yīng)用于各種生物標(biāo)志物的檢測，但其靈敏度還不夠高。

3.3 電化學(xué)生物傳感器

碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)表面有活潑的官能團(tuán)，且本身具有較好的導(dǎo)電性，因此可被固定在電化學(xué)生物傳感器上連接生物探針或直接捕獲金屬離子。ZHAO等[31]基于ssDNA與石墨烯材料之間的強(qiáng)相互作用，利用石墨烯量子點(diǎn)修飾的熱解石墨電極與特定序列的ssDNA分子作為探針，制備電化學(xué)生物傳感器。ssDNA探針分子通過與石墨烯的相互作用結(jié)合在修飾電極表面，抑制電化學(xué)活性物質(zhì)鐵氰化鉀｛[Fe（CN）6]3-/4-｝與電極之間的電子轉(zhuǎn)移。當(dāng)存在靶標(biāo)時(shí)，ssDNA會(huì)與靶標(biāo)結(jié)合，所獲得的[Fe（CN）6]3-/4-的峰值電流將隨著目標(biāo)分子的增加而增加。但在復(fù)雜的介質(zhì)中或有多種其他DNA存在時(shí)，該電化學(xué)生物傳感器的檢測特異性和靈敏度會(huì)受影響。

LI等[32]報(bào)道了一種新型功能肽分子的設(shè)計(jì)，該分子具有形成肽納米纖維的能力，并能特異性識(shí)別石墨烯量子點(diǎn)和氧化石墨烯納米片。他們?cè)陔男蛄性O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，成功合成了石墨烯量子點(diǎn)-納米纖維-氧化石墨烯三元納米雜化物，將該三元納米雜化物修飾在玻碳電極上構(gòu)成電化學(xué)生物傳感器，并使用該傳感器檢測H2O2，其線性范圍為10～7 200 μmol/L，檢測限為0.055 μmol/L。

RAN等[33]將氮摻雜的碳量子點(diǎn)與氧化鈷結(jié)合形成復(fù)合物，再與金納米顆粒修飾的抗體結(jié)合，構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器，可用于檢測人附睪蛋白4，其線性范圍為0.002～20 ng/mL，檢測限為1.5 pg/mL。GHANBARI等[34]依次在玻碳電極上修飾石墨烯量子點(diǎn)和丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）核心抗原的適配體，用于特異性檢測HCV核心抗原，其線性范圍為10～400 pg/mL，檢測限為3.3 pg/mL。基于碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)功能化的電化學(xué)生物傳感器的靈敏度有了進(jìn)一步的提高，但電化學(xué)生物傳感器還存在修飾過程復(fù)雜、操作繁瑣等不足。

3.4 場效應(yīng)晶體管生物傳感器

場效應(yīng)晶體管生物傳感器利用碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)體積小、導(dǎo)電性優(yōu)越等性質(zhì)，通過碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)直接捕獲金屬離子或交聯(lián)適配體、DNA等生物探針，捕獲特定靶標(biāo)，進(jìn)而利用靶標(biāo)本身的帶電性，引起場效應(yīng)晶體管生物傳感器的電流發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的檢測。FAN等[35]通過在場效應(yīng)晶體管的柵極上修飾碳量子點(diǎn)配位捕獲Cu2+，其源極和漏極用石墨烯連接，傳感器的感測機(jī)制是碳量子點(diǎn)和Cu2+的配位引起柵電極附近雙電層的電容發(fā)生變化，導(dǎo)致溝道電流發(fā)生變化。該傳感器對(duì)Cu2+的檢測限為10 fmol/L。

通過碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)與金屬離子的配位連接雖然方法簡單，但卻缺乏特異性，因此，MANSOURI MAJD等[36]通過順序溶劑交換法和水熱法制備二硫化鉬和碳量子點(diǎn)傳感層，在場效應(yīng)晶體管上用二維材料MoS2連接源板和漏極，然后將碳量子點(diǎn)固定在MoS2上，通過在碳量子點(diǎn)上修飾適配體作為Hg2+的探針，設(shè)計(jì)了一種基于DNA-碳量子點(diǎn)雜化物的二硫化鉬場效應(yīng)晶體管生物傳感器，用于水環(huán)境中Hg2+的超靈敏檢測，其線性范圍為1 amol/L～10 pmol/L，檢測限為0.65 amol/L。

另外，將碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)與DNA探針連接起來，檢測其他靶標(biāo)的方法也相繼出現(xiàn)。DONG等[37]直接在石墨烯上修飾碳量子點(diǎn)，連接DNA探針，構(gòu)建了碳量子點(diǎn)修飾的液體剝離石墨烯場效應(yīng)晶體管作為DNA甲基化傳感器，采用特異性探針捕獲SEPT9基因，選擇相應(yīng)的抗體錨定序列上的5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）位置，對(duì)SEPT9基因的檢測限為2 ng/μL。

RAMADAN等[38]在石墨烯場效應(yīng)晶體管表面依次修飾碳量子點(diǎn)和抗體，特異性檢測外泌體，使用該傳感器檢測外泌體的檢出限為100 個(gè)/μL。

場效應(yīng)晶體管生物傳感器是近年來發(fā)展較快的一種新型傳感器，已被用于檢測金屬離子、核酸和抗體等物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)免標(biāo)記檢測且靈敏度較高。

3.5 光電化學(xué)生物傳感器

碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)也為其在光電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用提供了可能。WANG等[39]以石墨烯量子點(diǎn)-類石墨氮化碳連接適配體構(gòu)建了一種光電化學(xué)生物傳感器，其中石墨烯量子點(diǎn)作為光活性增強(qiáng)劑，金納米粒子和DNA生物素標(biāo)記的適配體作為玉米素識(shí)別和鏈霉親和素捕獲元件，該生物傳感器檢測玉米素的線性范圍為0.1～100 nmol/L，檢測限為0.031 nmol/L。CHENG等[40]以氧化銦錫為基底，二氧化鈦納米粒子為光活性基底材料，氮摻雜碳量子點(diǎn)為光敏劑，乙酰膽堿酯酶為生物識(shí)別分子，制備了可見光驅(qū)動(dòng)的光電化學(xué)生物傳感器。氮摻雜碳量子點(diǎn)的加入顯著提高傳感器的光電流信號(hào)強(qiáng)度。該光電化學(xué)生物傳感器對(duì)農(nóng)藥氯吡硫磷的檢測范圍為0.001～1.5 μg/mL，檢出限為0.07 ng/mL。

WANG等[41]基于碳量子點(diǎn)和金納米顆粒之間的能量轉(zhuǎn)移，開發(fā)了一種光電化學(xué)生物傳感器，通過在AuNP上修飾的2個(gè)發(fā)夾探針（H1和H2），同時(shí)檢測2種miRNA（miR-159b和miR-166a）；該生物傳感器檢測miR-159b和miR-166a的線性范圍為0.5～5 000 fmol/L，檢測限分別為0.15和0.21 fmol/L。QIN等[42]以聚乙烯亞胺功能化的氧化石墨烯-碳量子點(diǎn)-金納米顆粒復(fù)合物為探針，通過在復(fù)合物表面修飾抗體，構(gòu)建了一種三明治式電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器，用于檢測糖類抗原15-3（carbohydrate antigen 15-3，CA15-3），其線性范圍為0.005～500 U/mL，檢測限為0.001 7 U/mL。這類傳感器同時(shí)利用了碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的導(dǎo)電性和光致發(fā)光的特性，靈敏度較高。

4 碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用前景

基于碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的傳感器越來越多樣化，其在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用同樣值得期待。目前疾病生物標(biāo)志物檢測方法主要有放射免疫分析法、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（enzymelinked immunosorbent assay，ELISA）和化學(xué)發(fā)光法。放射免疫分析法存在放射性元素的污染問題，且靈敏度不高。ELISA簡單、快速，但需要用酶進(jìn)行標(biāo)記，酶的活性對(duì)ELISA的檢測性能影響較大。化學(xué)發(fā)光法易受環(huán)境因素的影響，且需要大型儀器，檢測成本較高?；谔剂孔狱c(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的傳感器通過在碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)上標(biāo)記抗原或抗體，特異性檢測疾病標(biāo)志物。該類方法靈敏度高，且通過改變功能化的抗原或抗體，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)生物標(biāo)志物的檢測。同時(shí)，該方法不需要大型儀器，成本較低，可實(shí)現(xiàn)POCT檢測。

另外，基于碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的傳感器可用于檢測各種病毒的核酸。目前，用于病毒核酸檢測的方法為聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR），其靈敏度高，準(zhǔn)確性好，但是需要特殊儀器，且檢測時(shí)間較長?；谔剂孔狱c(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的傳感器可以在碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)表面修飾特異性的DNA或RNA探針，高特異性地檢測病毒核酸。電化學(xué)生物傳感器和場效應(yīng)晶體管生物傳感器不需要特殊儀器，檢測時(shí)間短，可滿足目前病毒核酸檢測的需求。

基于碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的傳感器還可用于細(xì)菌的檢測?；谔剂孔狱c(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的傳感器可以通過修飾特異性抗體，檢測細(xì)菌表面的蛋白質(zhì)來鑒別細(xì)菌，或通過檢測細(xì)菌核酸的特異性序列來實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的鑒定。

5 總結(jié)與展望

碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)已被大量用于各種傳感器。但目前碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)仍存在2個(gè)問題：一是制備的碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)大小不均一，制備方法還有待進(jìn)一步改進(jìn)；二是碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)的發(fā)光量子產(chǎn)率還有待進(jìn)一步提高。碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)在臨床檢驗(yàn)中也有其優(yōu)勢(shì)。利用碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)與金屬離子結(jié)合導(dǎo)致其本身的熒光發(fā)生變化，根據(jù)熒光的變化可以測定相應(yīng)金屬離子的濃度。因此，碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)可用于檢測血清中的各種微量金屬元素，使檢測成本進(jìn)一步降低，即使在基層醫(yī)院也能實(shí)現(xiàn)微量金屬元素的檢測。將碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)與DNA或RNA結(jié)合構(gòu)成信號(hào)探針，并在信號(hào)探針上修飾熒光基團(tuán)，可對(duì)血清中的目標(biāo)miRNA進(jìn)行定性、定量檢測，相對(duì)于目前臨床常用的PCR方法，其檢測成本更低，檢測時(shí)間更短。將碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)與DNA或抗體等生物探針結(jié)合，固定到電化學(xué)生物傳感器和場效應(yīng)晶體管生物傳感器上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的超靈敏檢測。

總之，應(yīng)充分發(fā)揮碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，將傳感與檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)由基礎(chǔ)研究到臨床檢驗(yàn)的跨越。