基于菠菜叶源红色荧光碳点的智能材料开发及其在刑侦检测、食品保鲜与紫外屏蔽中的可持续应用

研究人员通过水热法从菠菜叶中合成红色荧光碳点(SCDs)，解决了传统荧光材料在刑侦检测中背景干扰大、食品包装中紫外防护不足等问题。该材料具有高量子产率(QY)和优异稳定性，成功应用于潜指纹(LFPs)可视化、防伪加密(AC)及PVA基紫外屏蔽薄膜制备，草莓保鲜实验证实其延长食品保质期效果。这项研究为开发多功能环保纳米材料提供了新思路。

　　

在材料科学与生物医学交叉领域，荧光碳点(CDs)因其独特的光学特性引发广泛关注。然而传统CDs存在发射波长局限（多为蓝绿光区）、合成过程使用有毒试剂等问题，严重制约其在刑侦检测、食品包装等领域的应用。更棘手的是，现有潜指纹(LFPs)检测技术常受基质自发荧光干扰，而食品包装材料又普遍缺乏智能化的紫外防护功能。这些痛点促使科学家寻求更环保、多功能的CDs解决方案。

来自印度Tumkur District农田的菠菜叶成为突破口——这种富含叶酸和功能基团(-COOH/-NH₂
)的天然材料，通过台湾省国家科学及技术委员会(NSTC)资助团队的水热法处理，意外诞生了发射波长610nm的红色荧光碳点(SCDs)。这种突破性材料不仅摆脱了传统植物源CDs在660-680nm的叶绿素发射区间限制，更在多项应用中展现出惊人潜力。

研究团队采用多模态表征技术：X射线衍射(XRD)揭示SCDs的(002)晶面特征峰（2θ=20.02°）；透射电镜(TEM)显示2-6nm均匀分散颗粒；X射线光电子能谱(XPS)证实含氮/氧表面基团；荧光光谱展示激发无关的稳定红发射。这些特性使其在刑侦检测中，通过喷雾法即可清晰呈现指纹的三级特征（包括汗孔形态）；与PVA复合形成的纳米薄膜(NCs)紫外线阻隔率达90%，草莓保鲜实验显示微生物抑制效果显著；作为防伪墨水，其UV激发下的隐形图案更难仿制。

【Structural, morphological, and chemical characterization of SCDs】
XRD与拉曼光谱证实SCDs具有部分石墨化结构，TEM显示其单分散特性。XPS分析揭示表面丰富的含氧/氮官能团，这是实现高量子产率(QY=23.7%)的关键。独特的红发射源于热降解过程对叶绿素结构的改造，形成稳定的荧光中心。

【Latent fingerprints detection】
对比传统粉末法，SCDs喷雾显著提升潜指纹(LFPs)和潜唇印(LLPs)的成像对比度。在玻璃、金属等复杂基底上，仍能清晰显示汗孔分布（Level III特征），检测限达纳克级。这种溶液法较传统荧光染料节省90%材料用量。

【Discussion】
SCDs突破植物源CDs的波长限制，其红光发射有效规避基底自发荧光干扰。PVA复合薄膜中氢键网络的形成，既保持SCDs荧光强度，又赋予材料形状记忆功能。细胞毒性实验证实其生物安全性，LD₅₀

1000mg/kg。

【Conclusion】
该研究开创性地将菠菜衍生的SCDs应用于三大领域：刑侦检测方面建立无损、高灵敏的潜指纹可视化方案；材料科学领域开发出兼具紫外屏蔽和湿度调控的智能包装膜；安全防伪方向实现多重加密功能。台湾省团队提出的多步提取-热解合成策略，为绿色纳米材料设计提供新范式。未来可拓展至活体成像、光电器件等领域，其可持续性特征尤其符合全球环保趋势。

值得注意的是，SCDs@PVA薄膜在85%湿度下仍保持结构稳定，这种异常强的耐湿性源于碳点表面极性基团与PVA羟基的协同作用。正如通讯作者Sheng Yun Wu强调的，这项工作的核心价值在于"用厨房食材创造了实验室难以合成的智能材料"，其技术路线已申请国际专利保护。