基于葡萄糖和万寿菊的锌掺杂碳点合成及其抗菌与光致发光性能研究

本研究通过水热法合成葡萄糖和万寿菊（Calendula officinalis）衍生的锌掺杂碳点（Zn-doped CDs），系统表征了其结构、光致发光（PL）及抗菌性能。结果表明，锌掺杂显著提升碳点的PL强度（ZnCDC发射强度达29,811）和抗菌活性（ZnCDG对金黄色葡萄球菌MIC低至0.3125 mg/mL），同时保持生物相容性（L929细胞存活率>70%）。该研究为开发多功能光学传感材料和抗菌剂提供了新策略。

　　

【研究背景】
在纳米材料领域，碳点（Carbon Dots, CDs）因其优异的光学性能、低毒性和可调控的化学性质成为研究热点。然而，传统CDs存在光致发光（Photoluminescence, PL）效率不足、抗菌活性有限等问题。金属掺杂被认为是提升CDs性能的有效途径，其中锌（Zn）因其生物相容性和抗菌潜力备受关注。但如何通过绿色合成方法（如植物提取物）制备高性能Zn-doped CDs，并阐明其构效关系，仍是亟待解决的挑战。

【研究概述】
来自伊朗的研究团队在《Carbon Trends》发表论文，以葡萄糖和万寿菊（Calendula officinalis）为前体，通过水热法合成Zn-doped CDs，系统研究了其结构特征、PL性能（包括离子敏感性和pH响应）及对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抗菌机制。结果表明，ZnCDC（万寿菊衍生）展现最优PL性能（斯托克斯位移184 nm），而ZnCDG（葡萄糖衍生）抗菌活性最强（MIC 0.3125 mg/mL）。该研究为开发兼具光学传感和抗菌功能的纳米材料提供了新思路。

【关键技术】
研究采用水热法合成CDs，通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和能量色散X射线光谱（EDS）表征结构；利用荧光光谱分析PL性能；通过菌落计数法和琼脂扩散法评估抗菌活性；采用MTT法检测细胞毒性。

【研究结果】

1. 结构与形貌表征
   XRD显示Zn掺杂使碳点结晶度提高（ZnCDG晶粒尺寸2 nm），FTIR证实Zn²⁺
   与羧酸根形成配位键（615 cm^-1
   Zn-O峰）。TEM显示颗粒呈单分散球形（ZnCDG平均直径6.4 nm），EDS证实ZnCDG锌含量更高。

2. 光致发光性能
   ZnCDC的PL强度达29,811（较未掺杂样品提升42%），且在pH 11时发射最强。Zn²⁺
   和Ag⁺
   使PL强度增强15-17%，而Fe³⁺
   、Co²⁺
   导致23-24%淬灭。

3. 抗菌活性
   ZnCDG对S. aureus和E. coli的MIC分别为0.3125 mg/mL和0.625 mg/mL，抑菌圈直径达38 mm（S. aureus）。机制涉及Zn²⁺
   释放和ROS生成。

4. 生物相容性
   MTT实验显示20 mg/mL ZnCDG处理24小时后L929细胞存活率仍达73%，符合ISO-10993-5标准。

【结论与意义】
该研究证实锌掺杂可同步优化CDs的光学性能和抗菌功能：万寿菊衍生的ZnCDC适合光学应用（如pH/离子传感器），而葡萄糖衍生的ZnCDG更适于抗菌场景。这种"一材多用"特性使其在生物成像、环境监测和抗感染治疗中具有广阔前景。研究还为天然产物绿色合成功能纳米材料提供了范例。