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En un artículo publicado en la revista Interfaces y materiales aplicados de ACSLa extinción de la fluorescencia se utilizó para detectar iones de nitrato en productos cárnicos procesados utilizando un sistema de sensor centrado en puntos cuánticos de carbono dopado. El uso de este sistema sensor con una sonda fluorescente debería ayudar a establecer una técnica rápida y económica para detectar iones de nitrato.
Aprender: Puntos cuánticos de carbono dopado/nanocompuesto de PVA como plataforma para detectar iones de nitrito en la carne. Crédito: Alex_Traksel/Shutterstock.com
Amenazas de los iones de nitrito
iones de nitrato (NO2–) pertenecen a una clase de productos químicos inorgánicos. Se utilizan ampliamente en agua potable y alimentos procesados.
El nitrito es un aditivo alimentario popular ampliamente utilizado en productos cárnicos procesados debido a su capacidad para prevenir la formación de microorganismos de deterioro y mejorar el color y el sabor de la carne procesada. Sin embargo, dentro de los sistemas biológicos, los iones de nitrito interactúan con amidas y aminas para generar N-nitrosaminas, lo que aumenta el riesgo de formación de cáncer.
El uso de iones de nitrato por encima de cierto nivel daña el cuerpo humano, causando hipertensión, envenenamiento y cáncer.
El abuso de nitritos pone en peligro la seguridad alimentaria; Por lo tanto, es crucial desarrollar una técnica simple, selectiva y altamente sensible para detectar iones de nitrato en muestras de alimentos.
Un dispositivo de prueba de campo que permitiría a los clientes confirmar los niveles de nitrato en sus productos cárnicos comprados sería ideal para un estricto control de calidad en la industria cárnica.
Papel de las propiedades ópticas de los nanomateriales en la detección de iones de nitrato
Se han documentado varias técnicas para analizar los niveles de iones de nitrato, incluidos ensayos de quimioluminiscencia, cromatografía y enfoques espectrofotométricos.
Desafortunadamente, la mayoría de estos métodos son costosos, consumen mucho tiempo e involucran procesos complicados que requieren el uso extensivo de solventes orgánicos.
Las técnicas de detección de iones de nitrito que se centran en las propiedades ópticas de los materiales a nanoescala son alternativas viables al análisis tradicional.
Las propiedades ópticas de los nanomateriales se pueden explotar debido a su notable sensibilidad, selectividad y amplio rango de detección.
Se han estudiado sistemas fluorescentes que incluyen puntos cuánticos de silicio semiconductor, nanoclusters metálicos y nanomateriales carbonosos para detectar iones de nitrito.
¿Cómo pueden ayudar los puntos cuánticos de carbono?
Los puntos cuánticos de carbono (CQD) se han identificado como nanomateriales fluorescentes de dimensión cero (0D) basados en carbono potencialmente útiles.
Las notables propiedades fisicoquímicas de los puntos cuánticos de carbono, incluida la durabilidad química, la toxicidad mínima, la emisión de fluorescencia ajustable y un amplio rango de absorción, han aumentado el enfoque de la investigación en los puntos cuánticos de carbono.
Estas propiedades permiten el uso de puntos cuánticos de carbono en procesos fotocatalíticos, bioimagen y sensores químicos.
Los puntos cuánticos de carbono se utilizan ampliamente en los sistemas de sensores para detectar proteínas, metales e iones de nitrato. No obstante, los puntos cuánticos de carbono suelen tener rendimientos cuánticos (QY) bajos, lo que reduce la sensibilidad.
Los puntos cuánticos de carbono modificados en la superficie que contienen fósforo, nitrógeno, boro y azufre pueden eludir estas limitaciones.
Se pueden usar múltiples heteroátomos en cantidades extremadamente pequeñas para hacer puntos cuánticos de carbono dopados con estos químicos. Los procedimientos de preparación adjuntos se pueden utilizar para crear plataformas capaces de identificar varios productos químicos, incluidos los iones de nitrito, con buena selectividad incluso en matrices complejas como los productos cárnicos.
Aspectos destacados del estudio
En este artículo, el equipo presentó un dispositivo para detectar iones de nitrito basado en puntos cuánticos de carbono modificados en la superficie. Los puntos cuánticos de carbono se generaron hidrotérmicamente utilizando ácido bórico, ácido cítrico y polietilenimina ramificada (bPEI) como fuentes de boro, carbono y nitrógeno, respectivamente.
Para lograr un rendimiento cuántico del 44,3 %, los puntos cuánticos de carbono se cargaron con boro y luego se funcionalizaron con nitrógeno (B,N-Cdot). Por lo tanto, se presentó un sensor de nitrito asequible, fácil de fabricar y efectivo para su uso en carne procesada.
La composición química del B,N-Cdot se examinó después de la purificación, lo que confirma el dopaje con boro previsto y la funcionalización con nitrógeno.
El método de detección de iones de nitrato se evaluó utilizando una solución coloidal. Mostró una recuperación notable en una muestra de carne real.
Los puntos B,NC se integraron en una lámina delgada de poli(alcohol vinílico) altamente fluorescente (puntos PVA/B,NC).
Para aprovechar las notables propiedades ópticas de la película PVA/B,N-Cdot, se desarrolló un dispositivo sensor que contiene un nanocompuesto para la detección de iones de nitrito.
El equipo usó una aplicación para teléfonos inteligentes llamada Photometrix para facilitar el estudio. Las señales de fluorescencia se registraron en diferentes niveles de nitrito para crear un sensor de iones de nitrito fácil de usar que permite una detección rápida.
Hallazgos importantes
El enfoque de detección mostró que el analito tenía una buena selectividad y podía usarse para determinar niveles altos de iones de nitrato en muestras de carne procesada.
Los resultados demostraron la fuerte capacidad de detección de la sonda fluorescente para la medición de iones de nitrato.
Finalmente, se desarrolló un sensor nanocompuesto de PVA/B,N-Cdot. Los resultados mostraron que el sensor detectó efectivamente grandes concentraciones de iones de nitrato en la fase sólida.
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Relación
Carneiro, SV, Oliveira, JJ y otros. (2022). Puntos cuánticos de carbono dopado/nanocompuesto de PVA como plataforma para detectar iones de nitrito en la carne. Interfaces y materiales aplicados de ACS. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c09197
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