荧光可视化纸基传感器设计及应用研究进展

蒋长龙，杨 帆

（中国科学院合肥物质科学研究院，安徽 合肥 230031）

0 引言

随着经济的快速发展，世界环境问题日益突出，在临床诊断、环境监测、食品/药品质量控制、社会安全筛查等方面，化学/生物传感器的作用越来越大[1]。与传统分析仪器相比较，生物传感器具有简便快捷、成本价格低、可操作性强等优点，生物传感器同时也可以进行小型化设计，利用小型化传感器可以在不需对样品进行复杂的预处理的情况下，实现对目标分析物的实时、快速、简便、准确的检测。特别是纸质传感器，以最经济的方式通过简单地制造将感官元素附着到试纸基材之中，并可以仅通过用肉眼观察即可进行许多不同的测定。纸质传感器具有重量轻、成本低、产量大等优点，是实现快速、简便、准确检测的最有希望的候选产品[2-3]。

现代化学之父罗伯特·博伊尔在17世纪发明了第一种纸质传感器——石蕊试纸，用作酸碱指示剂。随后，Martin和Synge[4]在1941年发现了纸色谱法分离化学物质，并由此在1952年获得诺贝尔奖[5]。妊娠试纸于1968年由Crane[6]发明，这是第一个通过尿液的横向流动检测是否怀孕的试纸。近年来，哈佛大学Mazzeo等[7]将微流体通道与纸基传感器结合起来，采用比色法、电化学法、化学发光法进行生物测定。以上的每一项进步都代表着分析方法革命的一大步，但是基于纸张的分析方法到目前为止还没有得到广泛应用。

为了增大纸质传感器的适用领域和定量能力，需要更加新颖的设计理念。光学活性纳米材料的出现为纸质传感器的发展提供新的思路，有助于纸质传感器尺寸的改变，提高传感器的响应时间、灵敏度、选择性以及对目标分析物的感测范围。荧光纳米材料具有独特的光学特性，例如：发射带窄，激发波长宽，荧光色可调，发光稳定性高等和良好的表面柔韧性。其中，量子点（QDs），碳点（CD），氧化石墨烯（GOs）和上转换纳米晶体等可以应用于可视化比色传感器。这些荧光纳米材料将成为用于视觉检测的荧光试纸的基础，通过合理的设计具有很好的光谱灵敏度和色度响应。在此，我们介绍了本团队在新型的纳米荧光纸质传感器方面的研究进展，以及所开发的荧光纸质传感器在环境监测、爆炸物筛选、食品安全和生物分析等不同领域的可视化应用。我们首先简要地介绍了各种荧光比色策略在定性/定量分析中的优缺点。随后，根据不同的检测策略设计不同的荧光纳米探针，总结我们在试纸制备方面的创新，展现新型荧光试纸在现场、实时检测爆炸物、生物分子、水体质量和重金属污染等方面的能力。最后，我们讨论了当前存在的挑战，并对未来进行了展望。

1 纳米探针的视觉/比色策略

一般来说，以有机染料为探针的荧光分析仍然需要借助荧光仪器，如精细光谱仪，通过光谱强度和/或位移来获得定性/定量信息。而荧光传感器具有高量子产率和抗光漂白能力，荧光材料具有一个很好的优点，即在简单的紫外线灯下用肉眼进行视觉检测。在此，首先讨论荧光纳米探针的视觉/比色检测的传感策略（如图1所示）。1）单色荧光策略。用于通过荧光“开启”或“关闭”机制进行检测的单色探针，该探针只引起荧光强度改变（图1a））。通常人眼很难区分强度变化＜15%的颜色，因此从理论上讲，人类可以辨别最多7种不同荧光强度的分析物。此外，亮度变化容易受实际样品测定中的荧光和激发条件等背景的影响。因此，单个探针仅适用于是/否的定性分析，无法实现定量测定，尤其是痕量目标物的定量测定。2）均匀混合双色荧光策略。根据原色和混色原理，两种不同颜色的探针的均匀混合可以提供视觉效果颜色变化和强度变化的响应。在这过程中，其中一种探针作为内标保留了稳定的荧光，而另一个探针与分析物引起荧光变化。图1b）说明了将两种不同颜色混合在一起的3种典型情况探针来自3种原色（红色，绿色和蓝色）[8]。但复合中间色的形成极大地压缩了颜色变化，因此它们在比色分析中的定量能力被限制在较小的范围内。3）非等比混合双色荧光策略。最近，我们展示了一种新颖的荧光策略，通过两种不同颜色的探针不均匀混合获得荧光强度来创建可视化/比色定量分析物在较宽范围内的一系列连续的颜色变化。图1c）给出了一个示例将红色和青色探针以5∶1的荧光比例混合强度[8]，其中红色是感应探针，而青色是是内标探针。混合系统仍显示红色以避免形成中间复合材料颜色。如果红色探针的荧光逐渐通过添加剂量增加的分析物而发生淬灭，从而创建了从红色到青色的一系列颜色演变，这是如箭头中的白色箭头所示，由眼睛清晰可见。感应的荧光探针几乎需要完全淬灭，而内标探针的荧光是高度稳定的，并且不稳定受分析物添加的影响。4）一个单一的复合双色荧光策略。当两种不同颜色的探针混合在一起导致沉淀和光学不稳定性时，可以设计一个单一的双发射纳米探针来消除不稳定性，从而达到理想的视觉效果（图1d））[9]。

2 纳米荧光探针的设计

图1 荧光视觉/比色测定的4种典型策略：a）对分析物有“关闭”或“打开”响应的单色纳米探针；b）等量混合双色纳米探针，然后通过分析物对一个探针进行荧光淬灭[8]；c）不均匀混合双色纳米探针，然后用分析物淬灭一个探针[8]；d）单个复合双色纳米探针，然后通过分析物淬灭一个发射[9]Fig.1 Four typical strategies for fluorescent visual/colorimetric assays：a）Single-colored nanoprobes with“turn off”or“turn on”response to an analyte；b）Equal mixing of dual-colored nanoprobes，followed by fluorescence quenching of one probe by analyte[8]；c）unequal mixing of dual-colored nanoprobes，followed by quenching of one probe by analyte[8]；d）a single composite dual-colored nanoprobe，followed by quenching of one emission by analyte[9].

纳米荧光探针以纳米荧光材料作为载体，纳米探针具有合成方法简便、成本较低、检测快速、无需复杂前处理过程以及灵敏度高等特点[10]。伴随着纳米技术的迅速发展，各种各样的组成、尺寸、大小、维度及形状的纳米材料被可控地修饰上不同的分子或基团，用于发展特殊性质的纳米探针，并通过将纳米探针的识别单元与待测物质结合过程转变为产生的光学、电化学、Roman等信号的变化来进行检测。由于纳米荧光材料对其表面状态的敏感性，许多化学修饰都能极大地影响其辐射重组效率，导致荧光打开（开启）或荧光淬灭（关闭）。一般来说，这些变化仅仅是由于纳米荧光探针与分析物直接相互作用而发生的，可以用于敏感和选择性的检测标准。根据荧光状态的变化，纳米探针可以被分为3大类：“淬灭”、“打开”和“比率”。在这里，描述了用于构建荧光纳米探针的几种材料以及本团队进行的几种类型纳米探针的设计。

2.1 用于构建纳米探针的荧光纳米材料

纳米荧光材料的选取对构建纳米探针非常重要。制备纳米探针的纳米材料应具有高荧光亮度、宽激发范围、可调谐发射、表面改性的柔韧性和高耐光漂白性能。在我们的研究中，最具有代表性的荧光纳米材料主要包括：量子点、发光碳纳米材料、氧化石墨烯及上转换材料等[11]。

量子点的高量子产率、大消光系数、宽吸收、尺寸/合成可调发射和大斯托克斯位移使得量子点在化学传感领域的应用备受关注（图2a））。发光碳纳米材料具有低毒、超强水溶性、表面修饰基团的丰富性以及强酸强碱不影响其荧光性质的化学惰性和环境友好性等特征[12]（图2 b））。氧化石墨烯的π-π共轭平面具有大量的酚羟基，环氧树脂和羧基团体，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质（图2 c））。此外，我们以NaGdF4为基质材料，通过外延生长的方法，设计和制备了一种新型的上转换荧光发光材料（如图2 d））（NaGdF4：Yb/Tm/Er@NaGdF4：Eu@NaYF4），成功地将具有红、绿、蓝三色发射的稀土元素组合到单个纳米粒子上，并且对3种元素的浓度进行有效的调控，这种优化的单组分结构可以克服三色发光之间的相互干扰，使得该纳米粒子在近红外激光激发下，产生明亮的全光谱上转换白色发光[13]。

纳米材料具有特殊的微观尺寸，可展现出介观、宏观物质所不具备的独特物理化学性能[14]。目前，关于功能纳米材料的应用，主要通过具有不同敏感功能的纳米材料的独特的光学性质来设计新的器件，实现现场、快速、低成本和便携式检测。根据荧光纳米材料特有的特殊性质，通过对纳米材料的表面修饰、纳米结构的有序组装，再利用纳米材料与分析物之间的特异的敏感机制，基于光、电、磁、热、声、力以及它们的组合，对待测污染物进行检测和跟踪。通过上述方法，可以建立可靠、食用的分析检测优控污染物的纳米传感分析方法，以及构建针对环境基质中优控污染物的快速检测平台。

图2 4种荧光纳米材料：a）量子点（碲化镉）；b）量子点；c）氧化石墨烯；d）上转换发光纳米晶（NaGdF4：镱，铥，铒）具有可调发光颜色，只需调整激光功率密度[11]Fig.2 Representative fluorescent nanomaterials for the construction of nanoprobes：a）Quantum dots（CdTe）；b）carbon dots；c）graphene oxides；d）upconversion nanocrystals（NaGdF4：Yb，Tm，Er）with tunable emissive color by simply tuning laser power density[11].

2.2 “Turn-off”型荧光纳米探针的设计

在“Turn-off”型荧光探针中，当纳米探针的发射带与被分析物的吸收带重叠时，能量转移会导致荧光淬灭，从而实现对分析物的检测。如图3a）[15]，用胺修饰Mn掺杂的ZnS量子点，通过电荷转移途径获得对微量三硝基甲苯（TNT）炸药的“关闭”荧光响应。除了常用的表面结合方法外，分析物表面配体剥离法也可以实现纳米荧光团的荧光“关闭”。图3b）[16]为采用双齿配体2-羟乙基二硫代氨基甲酸酯（HDTC）对CdSe-ZnS QDs进行修饰，在Hg2+存在的情况下，表面HDTC配体从CdSe/ZnS QDs表面剥离，与Hg2+螯合，淬灭CdSe/ZnS QDs的荧光。同时，并随着Hg2+浓度的增加，除了荧光亮度的降低，橙色荧光也逐渐变为红色。

2.3 “Turn-on”型荧光纳米探针的设计

对于荧光纳米探针来说，溶剂、pH值、带电分子等多种因素都可能导致荧光的减弱或淬灭，因此“Turn-off”纳米粒子通常表现出较差的选择性和可靠性。近年来，由于荧光纳米粒子具有较高的内在敏感性和较高的化学选择性，因此“Turn-on”荧光纳米粒子的设计受到了广泛的关注。图4展示了利用QDs、CDs和GO检测不同分析物的荧光“开启”机制的3个典型例子。首先，我们通过表面配体置换策略演示了对毒死蜱等有机磷硫代农药的“开启”荧光检测（图4a））[17]。双硫腙在基本介质中与CdTe QDs表面的配位可以通过双硫腙-Cd复合物吸收与CdTe QDs发射的光谱重叠来关闭CdTe QDs的绿色发射。毒死蜱加入后，CdTe QDs表面的二硫代配体被毒死蜱的水解物所取代，CdTe QDs的绿色荧光即刻恢复，实现对毒死蜱进行超灵敏、选择性的检测，限低至0.1 nmol/L。纳米粒子可以对苹果皮上5.5×10−9的有机磷硫酸盐残留产生荧光响应。

图3 荧光“关闭”纳米探针：a）用胺对锰掺杂的ZnS量子点进行修饰，以通过电荷转移途径获得对痕量三硝基甲苯（TNT）炸药的荧光“关闭”响应[15]；b）用双齿配体2-羟乙基二硫代氨基甲酸酯（HDTC）修饰CdSe/ZnS QD，其中HDTC-QD的荧光通过HDTC和Hg2+的螯合反应被Hg2+淬灭[16]Fig.3 Fluorescence“turn off”nanoprobes：a）Mn-dopped ZnS QDs were modified with amine to obtain the fluorescence“turn off”response to trace trinitrotoluene（TNT）explosivethroughcharge-transferpathways[15]；b）CdSe/ZnSQDsweremodifiedwithbidentateligand，2-hydroxyethyldithiocarbamate（HDTC），in which the fluorescence of HDTC-QDs was quenched by Hg2+via the chelating reaction of HDTC and Hg2+[16].

其次，我们报道了利用CDs的荧光“开启”对Hg2+的超灵敏显示（图4b））[18]。通过二硫化碳在胺基表面的缩合，双（二硫代氨基甲酸盐）铜（II）（CuDTC2）络合物与制备的胺包覆CDs结合，然后铜（II）与合成的二硫代氨基甲酸盐（DTC）的配位，最后与N-铵（二碳基氨基甲酸盐）肌氨酸（DTCS）的配位。CuDTC2配合物通过电子传递机制强淬灭CDs的蓝绿色荧光。由于Hg2+与巯基的结合亲和力远远高于Cu2+，所以Hg2+可以通过迅速取代CuDTC2复合物中的Cu2+来关闭能量传递途径，从而立即开启CDs的荧光，这种荧光方法检测Hg2+，其检测限低至4×10−9。

我们进一步利用氧化石墨烯纳米薄片对不同生物分子的荧光“开启”检测（图4c））[19]。通过环氧化合物与烷基胺在氧化石墨烯表面开环胺化，首次合成了荧光氧化石墨烯[20]。功能化Ag纳米颗粒有效吸附到π共轭去大大淬火表面的蓝色荧光。然而，靶生物分子可以通过抗原抗体反应或DNA链杂交将Ag纳米颗粒从氧化石墨烯表面分离出来，从而激活氧化石墨烯的荧光。

2.4 “比率”型荧光纳米探针的设计

图4 荧光“打开”纳米探针：a）配体置换诱导CdTe QD的荧光“开启”，用于肉眼检测有机磷农药残留[17]；b）金属离子置换诱导CD的荧光“开启”，用于视觉检测Hg2+离子[18]；c）使用银纳米颗粒对蛋白质，DNA和肽进行视觉检测时，GO的荧光“开启”[19]Fig.4 Fluorescence“turn on”nanoprobes：a）Ligand-replacement induced fluorescence“turn-on”of CdTe QDs for the visual detection of organophosphorus pesticide residues[17]；b）metal ions-replacement inducing fluorescence“turn-on”of CDs for the visual detection of Hg2+ions[18]；c）fluorescence“turn-on”of GOs with the use of Ag nanoparticles for the visual detections of protein，DNA and peptide[19].

上述的荧光“关”或“开”纳米探针均采用单一响应发射信号，容易受到探针浓度波动和背景荧光等实验因素的干扰。比值荧光法则是结合使用内部标准探针和响应探针来进行更精确的测量，通过两种发射的荧光强度比提供自参照来确定分析的量，从而实现对分析物高灵敏及高选择性的检测[16]。图5展示了我们一项研究，即纳米荧光材料中羧基修饰的红色CdTe量子点和氨基修饰的蓝色碳点作为双发射组合，设计出一种双发射的比率荧光探针，在340 nm波长激发下分别发射出437 nm和654 nm的光。红色量子点能够选择性地被铜离子淬灭，而蓝色荧光碳点保持不变，在不同浓度Cu2+作用下从而显示出由粉红色到蓝色的颜色演变，由此实现对Cu2+的痕量可视化检测[21]。除了两种有色探针的化学连接外，最近的研究使我们能够通过进一步的功能化和光谱响应设计合成一种具有双重发射的单纳米晶体探针，用于比率荧光检测。例如，我们合成了具有红色和蓝色发射物的Mn掺杂ZnS纳米晶体探针，用于对有机磷的视觉检测；合成了具有红色和绿色发射物的[22]和上转换纳米晶体，用于对食品中的亚硝酸盐的视觉检测。

图5 a）添加了不同浓度的Cu2+后的荧光图像集和b）比例探针的相应荧光光谱（λex=340 nm）；c）用于视觉检测不同浓度的Cu2+的纸基传感器的荧光图像[21]Fig.5 a）The fluorescence image set and b）the corresponding fluorescence spectra（λex=340 nm）of the ratiometric probe upon the addition of different concentrations of Cu2+；c）the fluorescence images of the paper-based sensor for thevisual detection of Cu2+at different concentrations[21].

纳米探针的应用极为广泛和实用，不仅用于污染物的检测，还在精准生物标记以及高级防伪中都有潜在的应用。面对现在社会的快速发展，人们对检测的要求也大大增加，即时、快速及准确成为检测的主导方向。荧光可视化试纸将纳米探针准确检测的优势与即时检测相结合，形成高效的检测手段。

3 荧光可视化试纸在检测中的应用

3.1 荧光试纸的准备

纸张是一种很好的比色分析介质，因为它的白色背景和所需的样品体积小。通常，试纸的制备利用纸张的特殊结构，将纳米粒子从溶液中直接吸附到纸张上，然后进行干燥。然而，纳米粒子的上载量不能定量，会受溶液亲和平衡的限制。因此，在最近的研究中，我们创新了一种喷墨印刷的方法来制备高质量的荧光试纸[18，22]。荧光墨水的纳米探针溶液被注射到与计算机相连的喷墨打印机的空墨盒中（如图6所示）。将荧光纳米探针均匀地打印在一张纸上，反复多次，直到获得理想的荧光强度。纳米粒子可以在整张纸上均匀的覆盖，使得荧光亮度、均匀度高，具有良好的视觉/比色效果，尤其是在定量分析中更加有利。此外，还可以通过计算机实现纳米粒子在纸张上的图案设计。

3.2 荧光可视化试纸在爆炸物筛选中的应用

在机场、分拣中心等场所，我国对痕量爆炸物的现场即时识别提出了更高的要求。为此，我们利用红绿双发射量子点的比值荧光纳米探针制备了一种检测TNT的试纸，利用指纹技术可实现在各种材质表面上进行TNT检测。制备的指示纸在365 nm紫外灯下显示黄绿色荧光。将沉积在不同表面的TNT残留物捕获，形成络合物（图7a）），该络合物通过荧光共振转移法淬灭了QDs的绿色荧光[16]，使试纸的颜色从背景的黄绿色变为红色，从而实现对痕量TNT的可视化检测。通过将TNT乙腈溶液沉积在橡皮图章、马尼拉纸信封和纤维布袋上，然后在空气中干燥，模拟了不同表面上的微量TNT颗粒。结果显示，在紫外线灯照射下，微量TNT粒子显示为黄绿色背景下的红色斑点（图7b）～d）），对马尼拉纸信封及纤维布袋的TNT残余检出限分别为5 ng∙mm−2和50 ng∙mm−2。

图6 喷墨打印制备可视化试纸Fig.6 Inkjet printing preparation of visualization test paper.

3.3 荧光可视化试纸在生物检测中的应用

开发快速、低成本的生物分子识别和检测方法对疾病诊断具有重要意义。最近，我们设计了一种具有非等比发射强度的新型双发射荧光比率探针。这种荧光比率探针通过将红色量子点包埋于二氧化硅纳米粒子内，形成稳定的内标发射光，并在二氧化硅纳米粒子表面共价连接对Fe3+特异性敏感的蓝色碳点制备得到。当葡萄糖氧化酶将葡萄糖氧化得到过氧化氢，过氧化氢可进一步氧化Fe2+得到Fe3+，Fe3+和碳点之间发生电子转移，使碳点的荧光淬灭。将该探针作为墨水，喷墨打印在微孔滤膜上，可得到具有剂量区分能力的荧光试纸。所制备的荧光试纸可以明显区分0，～5，～7，～9，～11 mmol/L的葡萄糖溶液（健康人：3～8 mmol/L）。该试纸可用于可视化检测人类血清中自发产生的血糖含量，且得到的结果与医院中血糖仪测得的结果一致（图8）[9]。

图7 a）通过红绿双发射QD试纸目测TNT颗粒的指纹提升技术；b）～c）从各种基材上捕获并举起的痕量TNT颗粒的彩色图像：b）橡胶表面，c）具有 5，25，125，750 ng/mm2TNT 的马尼拉信封；d）合成织物 10，50，250，1 000 ng/mm2TNT 的袋子[16]Fig.7 a）A fingerprint-lifting technique for the visual detection of TNT particulates by a red-green dual-emissive QDs test paper；b）-c）the color images of trace TNT particulates captured and lifted from various substrates：b）a rubber surface，c）a manila envelope with 5，25，125 and 750 ng/mm2 TNT；d）a synthetic fabric bag with 10，50，250，1 000 ng/mm2TNT[16].

3.4 荧光可视化试纸在水体氟离子检测中的应用

在检测水体环境中，实时、快速的检测水体环境中的痕量氟离子（F−）仍然是环境监测的一大难点。本团队发展了一种新的对氟离子的检测方法，并在此基础上制备了高质量的荧光试纸，从而实现了对痕量水中氟离子的敏感可视化检测。这种可视化检测利用发光氧化石墨烯和银纳米粒子之间发生荧光共振能量转移的原理，用AgNPs淬灭GO的荧光，痕量氟离子可以恢复淬灭的GO蓝色荧光，并且检测限（LOD）低至9.07 pmol/L。基于该探针开发了一种用于视觉检测氟离子的纸基传感器，该传感器对水中氟离子表现出高灵敏度，并且LOD可以低至用肉眼观察到的0.1 μmol/L，实现了对痕量水中氟离子的即使现场检测[23-24]，如图9所示。

图8 a）双色荧光探针QDs@SiO2-CDs的合成示意图；b）借助Fe2+直观地检测葡萄糖的示意图；c）在试纸上进行相应的视觉检测，人血清中葡萄糖的回收率测试，其中：a为空白，b为新鲜人血清，c～e分为别掺入2，4，6 mmol/L葡萄糖[9]Fig.8 a）Schematic synthesis of dual-colored fluorescent probe QDs@SiO2-CDs；b）schematic visual detection of glucose with the aid of Fe2+；c）corresponding visual detections on the test paper，recovery tests of glucose in human serum，a：blank，b：fresh human serum，c-e：spiked with 2，4 and 6 mmol/L glucose，respectively[9].

3.5 荧光可视化试纸在重金属离子检测中的应用

重金属对环境和人类健康问题的影响日益受到关注，这促使人们在过去20年中进行了积极的调查。在该项研究中，我们利用敏感的红色CdTe QDs作为检测探针和青色CDs作为内标探针（图10），通过两种荧光纳米材料非等比例的混合可以有效地避免了中间色的生成，使探针达到了从红色到青色宽范围的颜色变化。将探针溶液通过喷墨打印的方法印刷到滤纸上，制备出了荧光可视化试纸。该试纸在不同浓度的As（III）下，呈现连续的荧光颜色变化（从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5×10−6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10×10−6的As（III）检测限，图11验证了该试纸在湖水、自来水等实样检测中的有效性[8]。

图9 a）GO纸传感器的荧光“开-关”机制，用于检测氟化物的存在；b）加入不同量的F-水溶液后，GO-二醇-MPBA-AgNP溶液（1.0 mg mL-1）的荧光图像；c）通过添加不同浓度的F-进行F-的视觉检测[24]Fig.9 a）Fluorescence“off-to-on”mechanism of the GO paper sensor for detection of fluoride ons；b）fluorescence image of the GO-diol-MPBA-AgNP solution（1.0mg∙mL-1）upontheadditionofdifferentamountsofaqueousF-；c）visualdetectionofF-upontheadditionofdifferentconcentrationsofF-[24].

图10 a）GSH/DTT-量子点荧光传感探头和CD作为内部标准探针视觉检测As（III）的示意图；b）～c）在分别自来水和湖水中As（III）的视觉检测；d）混合 GSH/DTT-QDs/CDs（在 1.5 mL Tris-HCl缓冲液中，20/10μL，pH 7.4）加上 As（III）的荧光光谱；e）CD 和 GSH/DTT 修饰的 CdTe QD以及混合的CD/QD在350 nm激发下的荧光光谱[8]Fig.10 a）Schematic illustration for visual detection of As（III）by using GSH/DTT-QDs as fluorescent sensing probe and CDs as an internal standard probe；Visual detections of As（III）in b）tap water and c）lake water，respectively；d）fluorescent spectra of mixing GSH/DTT-QDs/CDs（20/10 μL in 1.5 mL of Tris-HCl buffer，pH=7.4）with the addition of As（III）；e）fluorescent spectra of CDs and GSH/DTT-modified CdTe QDs and the mixing CDs/QDs at the excitation of 350 nm[8].

近期，本团队在环境危害物可视化分析检测方面取得新进展，设计制备了一种高效的比色荧光纳米探针，打印成荧光试纸结合智能手机识别颜色RGB值实现水中Pb2+的快速可视化检测[24]，示意图如图12a）所示。该比率荧光探针由蓝色和红色碳点通过合适的比例混合得到，该比率纳米探针对Pb2+的选择性高（如图12b）和图12c）），铅离子存在时蓝色碳点荧光被淬灭而红色碳点荧光不变，从而在紫外灯照射下观察到明显的由蓝到红的颜色变化，利用荧光光谱仪和智能手机APP对荧光探针溶液的检测限分别为2.89 nmol/L和35.26 nmol/L，远远低于WHO饮用水中铅离子的允许限量（10 mg·L−1）。用智能手机识别荧光纸条的RGB值，可以实现水中铅离子的现场、快速、半定量检测，智能手机检测Pb2+示意图如图12d），整个检测过程在5 min内即可完成。荧光纸条易于存放和携带，使得检测Pb2+的方法更加方便、简单、节省时间和成本效益。

用智能手机识别荧光纸条的RGB值，可以实现对目标物的现场、快速、半定量检测，检测时间短，荧光纸条易于存放和携带，使得检测方法更加方便、简单、节省时间和成本效益。随着社会的快速发展，环境检测手段已趋向于便携式、可视和易于操作。在各种传感方法中，试纸是最方便的化学/生物传感器，通过其对分子的视觉彩色反应，可以很轻易地被肉眼观察到。

4 结论与展望

通过选取具有优良传感性能的功能纳米材料，合成出敏感纳米探针，并把其喷墨打印至试纸上，可以设计出快速、便捷、准确的荧光可视化试纸。荧光可视化试纸为环境、医药、食品、疾病诊断及公共安全等领域提供了新的思路和方法。虽然目前已经取得了许多研究进展，但在结合试纸开发功能性纳米材料方面还需要做出更大的努力，以便在实际应用方面取得进一步的进展。目前，纸质传感器在精度、灵敏度和多路复用分析方面仍存在一定的局限性。迄今为止，各种荧光传感方法以提高传感器灵敏度、选择性和动态工作范围被广泛研究。荧光试纸在视觉分析中的实际应用，在很大程度上取决于在荧光纳米材料设计合成、新型传感机制探索和微加工方式改进等方面的努力。

以发现新的敏感机制和方法为导向，寻找纳米结构的分子识别与敏感信号输出的规律，构建针对环境基质中优控污染物的快速检测平台，这对环境问题中突出的痕量优控污染物的检测是具有重要意义的。纳米功能材料制备及荧光传感方法的发展将为突破制约环境检测的技术瓶颈，降低了检测成本，使监管从事后处理变为现场反应，为提高公共安全水平奠定了技术基础。