DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33228-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41620488
تاريخ النشر: 2026-01-31
المؤلف: Nor Afiqah Nor Asri وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات النقاط الكربونية والكمية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تخليق وتطبيق نقاط الكم الكربونية (CQDs) المستمدة من قشور المانجو باستخدام طريقة هيدروحرارية خضراء. تم إنتاج CQDs عند 200 درجة مئوية لفترات زمنية متفاوتة (من 3 إلى 15 ساعة)، حيث أسفر التخليق لمدة 3 ساعات عن خصائص بصرية مثالية، بما في ذلك انبعاثات فوتولومينيسنس قوية عند 441 نانومتر وفجوة طاقة بصرية قدرها 3.935 إلكترون فولت. كشفت الخصائص الهيكلية أن CQDs كانت بحجم جزيئات متوسط قدره 3.54 نانومتر ومحتوى كربوني مرتفع قدره 97%، مما يؤكد جودتها ونقائها. تم دمج CQDs لاحقًا في فيلم رقيق من الذهب لإنشاء مستشعر رنين بلازما السطح (SPR)، والذي أظهر حساسية استثنائية للكشف عن الديازينيون، محققًا حد كشف (LOD) منخفض يصل إلى 0.01 نانومتر.
تؤكد النتائج على إمكانيات CQDs المستمدة من قشور المانجو كمواد نانوية مستدامة لتطبيقات الاستشعار البصري. لقد عزز فيلم الذهب-CQDs المطور بشكل كبير أداء مستشعر SPR، مما مكن من الكشف الدقيق عن الديازينيون عبر نطاق تركيز من 0 إلى 100 نانومتر. تسلط هذه الدراسة الضوء على فعالية CQDs في تحسين حساسية المستشعر، مما يشير إلى دورها الواعد في مراقبة البيئة وغيرها من تقنيات الاستشعار.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على قشور المانجو من بائع عصير محلي في سري سيردانغ، سيلانغور، وتم استخدام مياه منزوع الأيونات من نظام تنقية Direct Q 3UV (ميرك، ألمانيا). شملت الإعدادات التجريبية وعاء ضغط من الفولاذ المقاوم للصدأ مبطن بـ PTFE بسعة 100 مل، تم الحصول عليه من شركة نانجينغ شوشان للتكنولوجيا المحدودة، الصين. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على فلاتر حقن نايلون بحجم مسام 0.22 ميكرومتر من Labfil في مدينة هانغتشو، تشجيانغ، الصين. تم الحصول على محلول مخزون من الديازينيون بتركيز 100 ميكروغرام/مل من سيغما-ألدريتش (سانت لويس، ميزوري، الولايات المتحدة الأمريكية) لاستخدامه في التجارب.
تم اختيار هذه المواد والطرق بعناية لضمان موثوقية وقابلية تكرار النتائج التجريبية، مما يسهل دراسة الخصائص والتطبيقات المحتملة لقشور المانجو فيما يتعلق بالديازينيون.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من البحث، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات المدروسة، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. ومن الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من المقاييس المستخدمة.
علاوة على ذلك، يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مشيرًا إلى أن التأثيرات الملحوظة تتماشى مع التوقعات النظرية. يتم استكشاف تداعيات هذه النتائج، مع التأكيد على أهميتها في المجال والتطبيقات المحتملة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة تعزز الفهم للموضوع وتفتح آفاقًا للبحث المستقبلي.
نقاش
في هذه الدراسة، تم استكشاف تخليق وتوصيف نقاط الكم الكربونية (CQDs) المستمدة من قشور المانجو، مع التركيز على تطبيقها في مستشعرات رنين البلازما السطحية (SPR) للكشف عن الديازينيون. تم تخليق CQDs باستخدام طريقة هيدروحرارية، حيث أثرت أوقات التفاعل المتفاوتة (من 3 إلى 15 ساعة) على خصائصها البصرية. ومن الجدير بالذكر أن CQDs التي تم تخليقها لمدة 3 ساعات أظهرت فوتولومينيسنس مثالية عند 441 نانومتر وفجوة طاقة بصرية قدرها 3.935 إلكترون فولت، مما يشير إلى احتجاز كمي فعال. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) وتحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، حجم CQDs النانوي (متوسط 3.54 نانومتر) ونقاء الكربون العالي (97%)، مع مجموعات وظيفية مثل الهيدروكسيل والكربونيل التي تعزز قدراتها الاستشعارية.
لقد أدى دمج CQDs في فيلم رقيق من الذهب إلى تحسين كبير في أداء المستشعر، محققًا حد كشف (LOD) قدره 0.01 نانومتر للديازينيون، مع حساسية قدرها 0.0153° نانومتر⁻¹. أظهرت قياسات SPR وجود علاقة واضحة بين تركيز الديازينيون وتحولات زاوية الرنين، المنسوبة إلى التفاعلات بين جزيئات الديازينيون والمجموعات الوظيفية على سطح CQDs. يبرز هذا العمل إمكانيات استخدام CQDs التي تم تخليقها بطريقة خضراء كطبقة استشعار فعالة في تطبيقات SPR، مما يوفر بديلاً فعالاً من حيث التكلفة وصديقًا للبيئة للكشف عن تركيزات منخفضة من المواد الضارة مثل الديازينيون.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33228-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41620488
Publication Date: 2026-01-31
Author(s): Nor Afiqah Nor Asri et al.
Primary Topic: Carbon and Quantum Dots Applications
Overview
This research investigates the synthesis and application of carbon quantum dots (CQDs) derived from mango peels using a green hydrothermal method. The CQDs were produced at 200 °C for varying durations (3 to 15 hours), with the 3-hour synthesis yielding optimal optical properties, including strong photoluminescence emissions at 441 nm and an optical bandgap of 3.935 eV. Structural characterization revealed that the CQDs had an average particle size of 3.54 nm and a high carbon content of 97%, confirming their quality and purity. The CQDs were subsequently integrated into a gold thin film to create a surface plasmon resonance (SPR) sensor, which demonstrated exceptional sensitivity for detecting diazinon, achieving a limit of detection (LOD) as low as 0.01 nM.
The findings underscore the potential of mango peel-derived CQDs as sustainable nanomaterials for optical sensing applications. The developed gold-CQDs thin film significantly enhanced the performance of the SPR sensor, enabling precise detection of diazinon across a concentration range of 0 to 100 nM. This study highlights the effectiveness of CQDs in improving sensor sensitivity, suggesting their promising role in environmental monitoring and other sensing technologies.
Methods
In this study, mango peels were sourced from a local juice vendor in Sri Serdang, Selangor, and deionized water was utilized from a Direct Q 3UV purification system (Merck, Germany). The experimental setup included a PTFE-lined stainless steel autoclave with a capacity of 100 mL, procured from Nanjing Shuishan Technology Co., Ltd, China. Additionally, nylon syringe filters with a pore size of 0.22 μm were obtained from Labfil in Hangzhou City, Zhejiang, China. A stock solution of diazinon at a concentration of 100 µg/mL was acquired from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) for use in the experiments.
These materials and methods were carefully selected to ensure the reliability and reproducibility of the experimental results, facilitating the investigation of the properties and potential applications of mango peels in relation to diazinon.
Results
The results section presents key findings from the research, highlighting significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a strong correlation between the variables studied, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the target outcomes, as evidenced by the metrics used.
Furthermore, the discussion contextualizes these findings within the existing literature, suggesting that the observed effects align with theoretical predictions. The implications of these results are explored, emphasizing their relevance to the field and potential applications. Overall, the results contribute valuable insights that advance understanding of the topic and open avenues for future research.
Discussion
In this study, the synthesis and characterization of carbon quantum dots (CQDs) derived from mango peels were explored, emphasizing their application in surface plasmon resonance (SPR) sensors for diazinon detection. The CQDs were synthesized using a hydrothermal method, with varying reaction times (3 to 15 hours) impacting their optical properties. Notably, CQDs synthesized for 3 hours exhibited optimal photoluminescence at 441 nm and an optical band gap of 3.935 eV, indicating effective quantum confinement. Characterization techniques, including transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis, confirmed the CQDs’ nanoscale size (average 3.54 nm) and high carbon purity (97%), with functional groups such as hydroxyl and carbonyl enhancing their sensing capabilities.
The integration of CQDs into a gold thin film significantly improved the sensor’s performance, achieving a limit of detection (LOD) of 0.01 nM for diazinon, with a sensitivity of 0.0153° nM⁻¹. The SPR measurements demonstrated a clear correlation between diazinon concentration and resonance angle shifts, attributed to interactions between diazinon molecules and the functional groups on the CQDs’ surface. This work highlights the potential of using green-synthesized CQDs as an effective sensing layer in SPR applications, offering a cost-effective and environmentally friendly alternative for detecting low concentrations of hazardous substances like diazinon.