该文档属于类型a，即报告了一项原创研究。以下是对该研究的学术报告：
作者及机构
本研究的主要作者包括Shaoyong Cai、Mengyu Deng、Dongyan Zhou、Fengyu Su、Yan Jun Liu和Yanqing Tian。他们分别来自南方科技大学的材料科学与工程系、先进跨学科研究院以及电气与电子工程系。该研究于2023年8月5日发表在《Microchemical Journal》上，期刊号为193，文章编号为109176。
学术背景
该研究属于纳米材料与传感技术领域，旨在开发一种新型的双发射纳米探针，用于检测人体代谢中的微量氨气（NH₃）。氨气在医学诊断中具有重要意义，特别是在肝功能异常或代谢紊乱的情况下，血液中氨气浓度的升高可能导致严重的健康问题，如脑损伤甚至死亡。目前，血液氨气检测方法复杂且耗时，亟需一种快速、灵敏的替代方案。近年来，纳米材料因其独特的可调性质成为下一代传感技术的前沿，尤其是荧光纳米探针因其快速响应、良好稳定性和空间分辨成像能力而备受关注。然而，单一荧光探针在定量检测微量氨气时面临浓度和环境干扰的挑战。因此，本研究旨在构建一种基于碳点（Carbon Dots, CDs）和异硫氰酸荧光素（Fluorescein Isothiocyanate, FITC）的双发射纳米探针，并通过电纺技术将其固定在纳米纤维中，开发一种高灵敏度的氨气传感器。
研究流程
研究流程分为以下几个步骤：
合成碳点（CDs）和FITC-CDs纳米探针
- 碳点通过一步水热法合成，使用柠檬酸和1,2-乙二胺作为碳源和表面钝化剂。反应在200℃下进行5小时，最终通过透析和真空干燥获得CDs粉末。
- FITC-CDs纳米探针通过将FITC与CDs在碱性条件下反应48小时合成，最终通过透析和冷冻干燥获得FITC-CDs粉末。
纳米探针的光学性质表征
- 使用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对CDs和FITC-CDs的光学性质进行表征。通过动态光散射（DLS）和原子力显微镜（AFM）测定CDs的粒径分布。
- 通过X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析CDs和FITC-CDs的表面化学组成。
构建基于FRET的氨气传感系统
- 研究发现，CDs作为能量供体，FITC作为能量受体，两者之间存在显著的Förster共振能量转移（FRET）效应。当氨气引入测试腔室时，荧光颜色从蓝色变为绿色。
- 通过荧光光谱和CIE色度图分析氨气浓度对荧光强度比（IFITC/ICDs）的影响，建立氨气浓度与荧光强度比的校准曲线。
电纺纳米纤维传感器的制备
- 将FITC-CDs纳米探针固定在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纳米纤维中，通过电纺技术制备纳米纤维膜。
- 使用扫描电子显微镜（SEM）和荧光显微镜对纳米纤维的形貌和荧光性能进行表征。
氨气传感器的性能测试
- 在不同湿度和温度条件下测试纳米纤维传感器对氨气的响应性能。结果表明，传感器在高湿度条件下表现出更高的灵敏度。
- 通过循环测试验证传感器的可逆性和稳定性。传感器的理论检测限为0.53 ppm，响应时间为4.3秒。
原型应用研究
- 设计了一种便携式氨气检测器，用于模拟血液氨气测量。通过智能手机记录荧光图像，分析氨气浓度与荧光颜色特征的关系。
- 该传感器在人体呼气氨气检测中也表现出良好的性能，能够检测低至5 ppm的氨气浓度。
主要结果
纳米探针的合成与表征
- CDs的平均粒径为2.91 nm，表面富含氨基，适合进一步化学修饰。FITC-CDs纳米探针的成功合成通过XPS和FTIR得到验证。
FRET效应与氨气传感
- 氨气的引入显著增强了FITC的荧光强度，荧光颜色从蓝色变为绿色。荧光强度比（IFITC/ICDs）与氨气浓度呈线性关系，校准曲线拟合良好。
纳米纤维传感器的性能
- 传感器在高湿度条件下表现出更高的灵敏度，理论检测限为0.53 ppm，响应时间为4.3秒。循环测试表明传感器具有良好的可逆性和稳定性。
原型应用
- 便携式氨气检测器能够快速检测血液和呼气中的氨气浓度，为医学诊断提供了一种简单、低成本的工具。
结论
本研究成功开发了一种基于CDs和FITC的双发射纳米探针，并通过电纺技术将其固定在纳米纤维中，构建了一种高灵敏度、快速响应的氨气传感器。该传感器在医学诊断中具有潜在应用价值，特别是用于监测血液和呼气中的氨气浓度。此外，该研究为纳米材料在健康和医学领域的应用提供了一种可行的解决方案。
研究亮点
创新性
- 首次将CDs和FITC结合构建双发射纳米探针，利用FRET效应实现氨气的灵敏检测。
- 通过电纺技术将纳米探针固定在纳米纤维中，开发了一种高表面积、高灵敏度的氨气传感器。
应用价值
- 该传感器在医学诊断中具有重要应用价值，能够快速、简便地检测血液和呼气中的氨气浓度，为早期诊断和治疗提供了有力工具。
技术突破
- 传感器的理论检测限低至0.53 ppm，响应时间仅为4.3秒，性能优于现有氨气传感器。
其他有价值的内容
本研究还探讨了传感器在不同环境条件下的性能，特别是湿度对灵敏度的影响。此外，便携式氨气检测器的设计为未来实际应用提供了参考。