纳米金抗聚集比色探针对水环境中重金属离子现场快速检测

经济、快捷的检测方法对重金属污染的综合防治起着至关重要的作用。纳米金比色探针因成本低廉、制备简便、灵敏度高等特性，适合于水环境中重金属离子动态感知的需求。已有的纳米金比色探针几乎完全是利用纳米金聚集而伴随颜色由红到蓝的变化来实现检测。基于纳米金抗聚集较其聚集过程更能有效避免假阳性干扰，本项目拟建立一类基于纳米金抗聚集为信号输出的比色传感方法，实现水环境中重金属离子污染物高选择、高灵敏、现场实时检测。针对重金属离子的结构特性设计合成具有专属亲和性的有机小分子作为纳米金聚集剂，通过待测物与聚集剂的特异选择性结合使聚集剂失活，从而诱导纳米金抗聚集并伴随颜色由蓝向红的变化实现信号输出进行检测。利用密度泛函理论优化计算聚集剂与待测物的亲和力，指导聚集剂分子结构的设计和筛选。项目的成功实施不仅提供一种对重金属离子的现场快速检测技术，也开发出一个基于纳米金抗聚集原理的比色传感新方法。

基于纳米金抗聚集较其聚集过程更能有效避免假阳性干扰，建立一类基于纳米金抗聚集为信号输出的比色传感方法。通过Hg2+与4,4’-联吡啶之间的特异选择性结合使4,4’-联吡啶失活，从而诱导纳米金抗聚集并伴随颜色由蓝向红的变化这一信号输出，实现水环境中重金属离子Hg2+污染物高选择、高灵敏检测，检测线低至3ppb；同样基于此原理，设计制备了纳米金比色探针用于生物体中生物小分子还原谷胱甘肽的检测，该传感器在天然氨基酸和高半胱氨酸高于200浓度存在下不影响其对还原谷胱甘肽检测，且表现出较高的灵敏度(8 nM)。在本项目的资助下，首次采用核苷酸作为包覆剂对纳米材料表面修饰，成功实现了对不同类型纳米功能材料可逆相转换，且相转换过程中保持了材料优异的光学特性。在此基础上，利用量子点优异的荧光性能，发展和开发了基于共振能量转移，荧光开关的系列荧光探针用于生物小分子及环境污染物的高灵敏检测。同时，利用量子点作为敏化吸光材料，通过量子点光电性能调控、敏化方法和电池设计等方面的研究，开发高效量子点敏化太阳能电池。采用连接分子包覆实现了预先合成QD在TiO2膜上高覆盖率（34%）沉积；通过电子结构调控，开发出宽光谱吸收和高电子注入的合金及type-II QD敏化剂，组装的量子点敏化太阳电池取得目前最高转换效率(>8%)。