基于橙色荧光硅量子点的宽范围高灵敏度光纤pH传感器及其生物环境应用

为解决传统pH检测方法在动态范围、稳定性和微型化方面的局限，研究人员开发了一种基于橙色荧光硅量子点(SiQDs)的光纤pH传感器。通过光诱导水凝胶聚合技术将SiQDs固定于锥形光纤探头，实现了pH 3.0-12.0的宽范围检测（分辨率0.06/pH），并在血清、人工汗液和海水样本中验证了其高稳定性与实用性，为复杂流体环境的实时监测提供了新工具。

　　

pH值监测在生物医学和环境科学中具有关键意义，但现有技术面临严峻挑战：玻璃电极易腐蚀且体积大，有机荧光染料检测范围窄（通常<3个pH单位）、光稳定性差，而量子点等纳米材料虽具潜力却鲜少应用于光纤传感领域。更棘手的是，生物样本的短波自发荧光会干扰检测，亟需开发长波长、宽范围的新型传感器。

针对这些瓶颈，河北某高校的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表了一项突破性研究。他们通过一锅法水热合成橙色荧光硅量子点(SiQDs)，并创新性地采用紫外光诱导水凝胶聚合技术将其固定在锥形光纤探头上，构建出高性能pH传感器。该传感器不仅覆盖pH 3.0-12.0的超宽范围（较传统染料提升300%），分辨率达0.06/pH，更在离子强度和温度波动下保持稳定，成功应用于血清、人工汗液和海水等复杂样本检测。

关键技术包括：1）中性红与DAMO水热法制备SiQDs；2）UV引发PEGDA/SA水凝胶聚合固定技术；3）锥形光纤探头的信号传导设计。血清样本来自Solarbio公司。

【SiQDs表征】TEM显示1.5 nm均匀粒径（图S2），FT-IR和XPS证实表面富含氨基/羧基，这些基团通过质子化-去质子化响应pH变化，导致荧光强度改变。

【传感器性能】在pH 3.0-12.0内呈现"S"型响应曲线，pKa为7.24。抗离子干扰实验显示，即使在高盐（如1 M NaCl）条件下，信号波动<5%。温度稳定性测试表明，20-60℃范围内性能偏差<3.5%。

【实际应用】血清检测回收率达98.2-103.5%，人工汗液测试误差<0.1 pH单位，海水监测展现优异抗基质干扰能力。

该研究开创性地将长波长SiQDs与光纤传感结合，解决了三大核心问题：1）突破传统材料检测范围限制；2）通过水凝胶封装防止纳米材料泄漏；3）橙色荧光（590 nm发射）有效规避生物样本自发荧光干扰。研究者特别指出，传感器在肿瘤微环境监测（通常pH 6.5-7.4）和海洋酸化研究中具独特优势。未来通过调整SiQDs表面基团，可进一步拓展至CO₂
或重金属检测领域。这项工作为活体监测和恶劣环境下的实时分析提供了全新解决方案，被评价为"纳米材料与光纤传感的典范结合"。