新型变色纳米色素传感器实现pH值从1到10的稳定追踪
红外圈
新型变色纳米色素传感器实现pH值从1到10的稳定追踪
韩国研究人员开发出一种性能稳定的变色传感器，能够对环境中的pH值变化作出直观、可量化的颜色响应。该技术由成均馆大学金东焕教授团队主导，研究成果发表于《微系统与纳米工程》期刊。这种新型传感器在提升pH监测的可靠性与经济性方面展现了广阔前景。
在环境监测、医疗诊断等众多领域，pH值是评估质量与安全的关键参数。目前广泛使用的电化学传感器通过测量两个电极之间的电位差来判断环境的酸碱性，但这类方法通常对电干扰敏感，设备较为僵硬，难以在如细胞内部等复杂环境中实施。
基于颜色变化的比色传感策略
为克服上述限制，研究人员采用了一种比色传感技术。这类传感器依赖特定染料对环境pH值的响应，通过吸收和反射不同波长的可见光，引发颜色变化，从而实现可视化检测。这些染料可以被嵌入固体基体，形成变色薄膜，便于在不同表面进行pH测量。
虽然比色传感器具有良好的灵活性，但仍存在染料渗漏、稳定性差以及适用pH范围狭窄等问题，这在需要宽泛检测范围的实际应用中是一个重要限制。
定制化纳米色素的构建
为了解决这些问题，Kim团队设计了一种新型的比色指标。他们首先基于磺酞染料——一种常用于分析化学的分子，因其化学稳定性高、颜色变化显著、易于修饰而受到青睐。
研究人员将这些染料共价键合到类似覆盆子结构的多孔硅纳米颗粒上，这类结构拥有巨大的比表面积，最终生成了六种具备pH响应特性的纳米色素。为了提升整体的稳定性和防止染料流失，团队将这些纳米色素嵌入由琼脂和聚氧化乙烯（PEO）组成的聚合基质中，依靠氢键网络固定颗粒位置。
为拓宽pH检测窗口，研究者选择了两种具有互补颜色响应特性的染料——溴化硅绿与酚红，并将其混合在同一基质中，以实现更宽范围、更均匀的pH传感。
宽范围线性pH响应表现
在实验阶段，Kim团队将含有纳米色素的薄膜涂布在不同材料表面，并测试其在pH 1到10范围内的颜色响应。结果显示，颜色变化与pH值之间呈现出良好的线性关系——从pH值较低时的亮黄色，到pH值较高时的深棕色。
值得注意的是，该响应在多次测试中保持一致，表现出对染料渗出和降解的高度抗性。研究团队还利用这一技术监测了虾的新鲜度，腐烂过程中产生的化学物质使环境逐渐碱化，传感器通过颜色变化清晰地反映了这一过程。
具有广泛潜在应用的耐用传感器
基于上述实验结果，Kim团队认为，这种比色传感器有望在电化学pH传感器难以胜任的多种场景中发挥作用。通过克服染料渗漏、稳定性差和检测范围窄等长期问题，该技术为健康监测、食品安全以及环境质量评估等领域提供了更耐用、更精准且更具成本效益的解决方案。
Min-Jae Kim 等，用于10 pH单位扩展线性比色pH感测的无浸出纳米色素，Microsystems and Nanoengineering（2026）。DOI：10.1038/s41378-026-01163-x
期刊信息：微系统与纳米工程
查看全文
评论0条评论