基于天然落葵籽碳点的生物相容性荧光聚酰胺纤维制备及其性能研究

　　本研究针对传统碳点(C-dots)在纺织应用中生物相容性与荧光性能难以兼顾的问题，以天然落葵籽汁液(MSSJ)为前驱体，通过系统分析其碳水化合物和蛋白质组分对碳点形成的影响，成功制备出量子产率达7.8%、发射峰400-525 nm的高性能碳点。生物毒性实验证实其无显著细胞毒性，并实现了聚酰胺织物的荧光染色，为绿色合成生物相容性荧光材料提供了新思路。

　　

在荧光材料领域，碳点(C-dots)因其可调的光学特性和良好的生物相容性备受关注。然而，传统化学合成碳点往往存在生物毒性隐患，而生物质衍生碳点又面临荧光效率低的瓶颈。更关键的是，目前对生物质前驱体中关键组分如何影响碳点结构与性能的机制研究严重不足。针对这一系列问题，来自青岛大学的研究团队创新性地选择天然落葵(Basella alba)种子汁液(MSSJ)作为碳源，系统探究了其碳水化合物-蛋白质复合体系对碳点性能的调控作用，相关成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。

研究采用高效液相色谱(HPLC)分析组分变化，结合透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征结构，通过荧光光谱和MTT实验分别评估光学性能与生物相容性。实验样本来自中国平度市种植的落葵种子，经研磨过滤获得原始汁液。

3.1 落葵籽汁液组分分析
研究发现MSSJ主要含96.2%水分，其余为多糖(0.45%)、单糖(0.38%)和蛋白质(0.12%)等。160°C水热反应后，碳水化合物显著减少而蛋白质几乎耗尽，证实这两类物质是碳点主要前驱体。有趣的是，160°C时还产生了不溶于水的红色荧光物质，经鉴定为保持分子结构的叶绿素。

3.2 碳点结构与光学性能
TEM显示160°C制备的碳点平均粒径4.17 nm，晶面间距0.31 nm对应石墨碳(002)晶面。XPS揭示其含C(65.1%)、N(11.83%)、O(21.98%)，表面富含羧基(-COOH)和氨基(-NH₂
)。这种特殊结构使碳点呈现激发依赖性荧光，发射峰随激发光从330 nm增至465 nm时红移(400-525 nm)，160°C产物的量子产率(QY)达7.8%，显著高于200°C产物的1.7%。

3.3 生物毒性评估
MTT实验显示即使浓度达500 μg/mL，RAW264.7细胞存活率仍保持94%。共聚焦显微镜观察证实碳点能进入细胞质且不破坏细胞形态，证明其优良的生物相容性。

3.4 荧光纤维制备
利用160°C碳点染色的聚酰胺织物在365 nm和395 nm激发下分别呈现亮蓝和绿色荧光，打印图案也具有显著荧光响应，证实其在智能纺织品中的应用潜力。

该研究首次阐明落葵籽中碳水化合物-蛋白质协同作用机制：多糖构建碳点骨架，蛋白质提供氮源形成新的发光中心。所创制的碳点兼具高荧光效率(7.8% QY)和生物安全性，突破了传统生物质碳点性能瓶颈。更值得一提的是，研究建立了生物质组分-碳点性能的构效关系模型，为定向设计功能性碳点提供了理论依据。副产品叶绿素展现出23.9%的惊人QY，为天然荧光色素开发开辟了新途径。这项成果不仅推动了绿色荧光材料的发展，也为农产品高值化利用提供了创新思路。