大米好不好手機(jī)驗(yàn)成色 我國(guó)利用碳點(diǎn)發(fā)光實(shí)現(xiàn)裸眼pH檢測(cè)

水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)?大米的品質(zhì)如何?未來，也許可以通過手機(jī)“一鍵驗(yàn)成色”了。近日，中科院深圳先進(jìn)院金宗文團(tuán)隊(duì)利用碳點(diǎn)發(fā)光，實(shí)現(xiàn)了裸眼pH檢測(cè)。“未來還可進(jìn)一步用于各種顯色反應(yīng)。”團(tuán)隊(duì)成員趙江林博士告訴記者。

用碳點(diǎn)作為發(fā)光材料

使用碳點(diǎn)作為發(fā)光材料，源于團(tuán)隊(duì)的一次“意外”收獲。

pH是用來衡量溶液酸堿性的一種標(biāo)度。精準(zhǔn)測(cè)量pH值具有重要意義，如人體血液的pH通常在7.35—7.45之間，如果發(fā)生波動(dòng)，就是病理現(xiàn)象;很多化學(xué)反應(yīng)也需要在特定的pH下進(jìn)行，否則得不到所期望的產(chǎn)物;很多植物有喜歡酸性土壤或堿性土壤的習(xí)性， 控制土壤的pH可以使種植的植物生長(zhǎng)得更好。在傳統(tǒng)檢測(cè)中，通常將待檢的液體樣品滴在pH試紙上，樣品中的氫離子和試紙中的化學(xué)指示劑發(fā)生反應(yīng)，隨之產(chǎn)生顏色變化。

“這種顏色變化其實(shí)比較難界定，比如淺紅和淡紅，僅靠肉眼無(wú)法精確判斷。”趙江林告訴記者。

此前，團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)化學(xué)研究中，本想制備一種水溶性有機(jī)物，用于生物體的發(fā)光成像。在多次嘗試后，團(tuán)隊(duì)得到了一種非常亮眼的未知發(fā)光物質(zhì)。“我專攻超分子化學(xué)，起初并不知道這種物質(zhì)是什么，嘗試了透射電鏡、紅外光譜、核磁共振等多種方法，最終確定它是一種新興的碳基納米材料——碳點(diǎn)。”趙江林告訴記者。

事實(shí)上，科學(xué)家們一直都在研究如何提高碳點(diǎn)的發(fā)光性能。目前的主流策略主要是后期發(fā)力，即在得到碳點(diǎn)后，對(duì)其表面進(jìn)行后處理或加入一些其他物質(zhì)。此次研究中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地從源頭開始，一步到位，直接調(diào)控碳點(diǎn)最終的發(fā)光性能。

“關(guān)于碳點(diǎn)的發(fā)光原理，目前有兩種主要解釋。其中一種是，碳點(diǎn)內(nèi)包含無(wú)數(shù)個(gè)納米級(jí)的小微球，就像一個(gè)個(gè)非常小的‘玻璃珠’，光打過去的時(shí)候，捕捉特定的光，從而呈現(xiàn)不同顏色。”趙江林說。

金宗文表示，為實(shí)現(xiàn)從源頭調(diào)節(jié)碳點(diǎn)發(fā)光，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列不同的碳源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只需簡(jiǎn)單修改碳源的分子結(jié)構(gòu)，就能極大影響碳點(diǎn)形成的聚合度和碳化程度，調(diào)節(jié)最終碳點(diǎn)的發(fā)光性質(zhì)。

基于以上實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)首次從有機(jī)化學(xué)角度證實(shí)了可以從源頭上調(diào)控碳點(diǎn)的發(fā)光性能。

可實(shí)現(xiàn)裸眼pH檢測(cè)

“令人驚喜的是，最終優(yōu)化得到的碳點(diǎn)表現(xiàn)出罕見的極酸敏感性，由此使得檢測(cè)分辨率達(dá)到0.2pH單位，遠(yuǎn)高于目前商用精密pH試紙，可實(shí)現(xiàn)裸眼pH檢測(cè)。”趙江林介紹說。

具體操作過程為，在待測(cè)溶液中加入百萬(wàn)分之一的碳點(diǎn)指示劑，用紫外光照射，根據(jù)不同的pH值，試劑會(huì)顯示不同的顏色。“除了pH檢測(cè)，這一過程還可用于類似的各種顯色反應(yīng)的快速檢測(cè)，只需在制備試劑時(shí)，加入不同的反應(yīng)物即可。”趙江林說。

目前，團(tuán)隊(duì)建立了pH值和顏色對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可精準(zhǔn)定位顏色變化和pH值的變化關(guān)系。“我們的最終目標(biāo)是希望能實(shí)現(xiàn)，無(wú)論何時(shí)何地何人，對(duì)于任何比色檢測(cè)方法，只需掏出手機(jī)，拍攝一張照片，就能直接得到分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)‘一鍵’即時(shí)檢測(cè)。” 趙江林表示。(袁斯茹)