近期，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所特聘研究员张忠平领导的研究团队在纳米荧光试纸的制备原理与可视化检测方法的研究中取得新进展，成功制备了剂量敏感的颜色连续演变荧光试纸，获得了类似经典pH试纸的定性定量可视化效果，并成功将其应用于环境中砷离子[As(III)]的检测。相关成果发表在美国化学会Analytical Chemistry上。
尽管经典pH试纸和验孕试纸已经被广泛商业化使用，然而几十年来这种染料吸收试纸一直无法普及应用到其他分析检测领域。张忠平领导的研究团队长期以来致力于纳米荧光发射试纸的研制，将可视化试纸技术拓展到环境、医药、食品、疾病诊断和公共安全等领域，实现现场、快速、低成本和便携式检测（J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8424； Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5602等）。
荧光比色试纸借助简单紫外灯通过肉眼观测试纸亮度和颜色的变化来确定目标分析物的存在和含量。通常情况下，人眼对颜色变化的敏感性远大于对亮度变化的敏感性，因此一个理想的定量可视化试纸应该具有颜色响应的能力。然而，获得剂量敏感的宽范围荧光颜色的连续演变一直是荧光比色试纸难以逾越的障碍。在该项研究中，敏感的碲化镉红色量子点作为检测探针和青色碳点作为内标探针，通过非等比例的混合，有效避免了中间色的生成，获得了“红绿蓝”三基色的比率荧光探针，使探针达到了从红色到青色的宽颜色范围变化。将探针混合溶液通过喷墨打印的方法印刷到滤纸上，制备出了一种高质量的荧光比色试纸，实现了对环境中砷离子的定性定量检测。该试纸在不同剂量的砷离子存在下，呈现出宽的连续的荧光颜色变化(从最初的桃红色逐渐变成粉红色、橘黄色、卡其色、淡黄色、黄绿色，最终至青色)。即使低至5 ppb的As(III)溶液滴在试纸上也可以用肉眼清晰地辨别出其荧光颜色改变，低于世界健康组织规定的饮用水中10 ppb的As(III)检测限，验证了该试纸在湖水、自来水等实样检测中的有效性。该研究为发展荧光试纸在环境、医药、食品、疾病诊断及公共安全等领域中的应用提供了新的思路和方法。
该项目得到了国家重点基础研究发展计划、中新合作项目及国家基金委等项目的支持。
图1：多色演变的剂量敏感型荧光比率试纸的设计原理及对砷离子的可视化检测
图2：多色比率荧光试纸对自来水、湖水等实样水中砷离子的检测
