水質是否達標?大米的品質如何?未來，也許可以通過手機“一鍵驗成色”了。近日，中科院深圳先進院金宗文團隊利用碳點發光，實現了裸眼pH檢測。“未來還可進一步用于各種顯色反應。”團隊成員趙江林博士告訴記者。

用碳點作為發光材料

使用碳點作為發光材料，源于團隊的一次“意外”收獲。

pH是用來衡量溶液酸堿性的一種標度。精準測量pH值具有重要意義，如人體血液的pH通常在7.35—7.45之間，如果發生波動，就是病理現象;很多化學反應也需要在特定的pH下進行，否則得不到所期望的產物;很多植物有喜歡酸性土壤或堿性土壤的習性， 控制土壤的pH可以使種植的植物生長得更好。在傳統檢測中，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指示劑發生反應，隨之產生顏色變化。

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

此前，團隊在一項化學研究中，本想制備一種水溶性有機物，用于生物體的發光成像。在多次嘗試后，團隊得到了一種非常亮眼的未知發光物質。“我專攻超分子化學，起初并不知道這種物質是什么，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。”趙江林告訴記者。

事實上，科學家們一直都在研究如何提高碳點的發光性能。目前的主流策略主要是后期發力，即在得到碳點后，對其表面進行后處理或加入一些其他物質。此次研究中，團隊創新性地從源頭開始，一步到位，直接調控碳點最終的發光性能。

“關于碳點的發光原理，目前有兩種主要解釋。其中一種是，碳點內包含無數個納米級的小微球，就像一個個非常小的‘玻璃珠’，光打過去的時候，捕捉特定的光，從而呈現不同顏色。”趙江林說。

金宗文表示，為實現從源頭調節碳點發光，團隊設計了一系列不同的碳源，結果發現只需簡單修改碳源的分子結構，就能極大影響碳點形成的聚合度和碳化程度，調節最終碳點的發光性質。

基于以上實驗，團隊首次從有機化學角度證實了可以從源頭上調控碳點的發光性能。

可實現裸眼pH檢測

“令人驚喜的是，最終優化得到的碳點表現出罕見的極酸敏感性，由此使得檢測分辨率達到0.2pH單位，遠高于目前商用精密pH試紙，可實現裸眼pH檢測。”趙江林介紹說。

具體操作過程為，在待測溶液中加入百萬分之一的碳點指示劑，用紫外光照射，根據不同的pH值，試劑會顯示不同的顏色。“除了pH檢測，這一過程還可用于類似的各種顯色反應的快速檢測，只需在制備試劑時，加入不同的反應物即可。”趙江林說。

目前，團隊建立了pH值和顏色對應的標準數據庫，可精準定位顏色變化和pH值的變化關系。“我們的最終目標是希望能實現，無論何時何地何人，對于任何比色檢測方法，只需掏出手機，拍攝一張照片，就能直接得到分析結果，實現‘一鍵’即時檢測。” 趙江林表示。(袁斯茹)