リグニン由来カーボンナノドットの分子前駆体エンジニアリングによる多色蛍光および金属イオンセンシング
Molecular Precursor Engineering of Lignin-Derived Carbon Dots for Multicolor Fluorescence and Metal-Ion Sensing
リグニン由来カーボンナノドット(CDs)は、持続可能な蛍光ナノ材料として環境センシングへの応用が期待されているが、発光挙動やイオン認識選択性の精密な制御が課題であった。本研究では、溶媒フリーの前駆体-構造-エンジニアリング戦略により、光ルミネッセンスと金属イオンセンシングを調整可能なリグニン由来CDsを調製した。工業用アルカリリグニン、リジン、シュウ酸をそれぞれ炭素源、窒素源、炭素化促進剤として使用し、システイン、ヒスチジン、p-フェニレンジアミンを官能基前駆体として導入した。得られたC-CDs、H-CDs、P-CDsは、それぞれ異なる光学特性とセンシング特性を示した。H-CDsは、グラファイト窒素形成と電子共役の強化により、50.98%という最高の光ルミネッセンス量子収率を示した。P-CDsは、π共役ドメインの拡張により、約573 nmで赤方偏移した発光を示した。さらに、C-CDs、H-CDs、P-CDsは、それぞれFe3+、Cu2+、Ag+に対して優先的な蛍光応答を示し、検出限界は0.26、0.05、0.11 μMであった。消光挙動は、優勢な動的衝突プロセスとは一致せず、主に金属-表面相互作用に関連していた。本研究は、前駆体-構造-特性の関係を明らかにし、リグニン由来蛍光プローブを設計するための持続可能な経路を提供する。
リグニン(木材由来のバイオマス廃棄物)を原料としたカーボンナノドットの蛍光特性・イオン検出性能を大幅に向上させる前駆体エンジニアリング手法の研究成果。持続可能な材料で重金属イオンセンシング(Fe3+, Cu2+, Ag+)を高感度で実現した点は、環境モニタリングやバイオセンシング市場での応用可能性を示唆する。ただし、現時点では実用化や商業化には至っていない基礎研究段階であり、投資判断に直結する具体的な事業化動向・調達・パートナーシップ情報は含まれていない。