近日,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微納中心金宗文團隊在權威期刊Chemistry of Materials以Red/Green Tunable-Emission Carbon Nanodots for Smart Visual Precision pH Sensing為題發表了最新研究成果。論文第一作者為深圳先進院助理研究員趙江林,西安交通大學副教授劉翠、深圳先進院副研究員金宗文為論文共同通訊作者,深圳先進院為第一完成單位。
優异光學效能及實際應用前景的新型碳點的研發具有重要意義但同時也極具挑戰性。在此,研究人員從有機化學的角度,證實了可以從源頭上,通過簡單修改碳源的分子結構(僅引入甲基或者叔丁基)調節最終碳點的發光性質。令人驚喜的是,最終優化得到的碳點資料表現出罕見的極酸敏感性。通過簡單調節pH為1、2或3,所得碳點溶液依次呈現易分辨的紅色、橙色、綠色螢光變化,可實現裸眼視覺化pH檢測。易區分的顏色變化結合比率計式螢光光譜變化,極大地提高了裸眼檢測分辯率(分辯率高達0.2 pH組織),遠高於現時商用精密pH試紙的分辯率。結合智能手機,研究者進一步開發出了一種可擕式、低成本、快速、精准的pH檢測方法,滿足即時檢測(POCT)的要求。此外,鑒於紅、柳丁、綠三色螢光的可逆可調,一種簡單但有效的“分子訊號交通燈”也被設計出來。最後,結合其獨特的pH依賴光致發光特性,該碳點被進一步應用於防偽和資訊加密領域,並實現了“閱後即焚”等加密技術。
該研究工作得到了深圳市基礎研究面上基金、深圳市可持續發展計畫、陝西省自然科學基金、國家自然科學基金、中國博士後基金等項目支持。
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碳點在視覺化精密pH檢測、“分子訊號交通燈”及防偽、資訊加密領域的應用示意圖
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