同源纳米纤维素修饰：基于"以类治类"策略解决纸基比色检测中的咖啡环效应和渗透效应

针对纸基比色传感器存在的咖啡环效应和渗透效应导致检测灵敏度下降的问题，研究人员创新性地采用纤维素纳米晶（CNCs）修饰纸基材，构建微纳复合结构。该同源修饰策略在不引入外源添加剂的前提下，显著提高了Ni2+和Fe2+检测的线性相关系数（均达0.99），检测限分别降至0.4520 ppm和0.1564 ppm，为POCT检测提供了新型基质优化方案。

　　

在即时检测领域，纸基比色传感器因其成本低廉、操作简便等优势备受关注，但长期受困于两个"顽疾"——当检测液滴在纸上干燥时，显色产物会像咖啡渍般在边缘形成环状沉积（咖啡环效应），同时部分反应物又会垂直渗入纤维网络深处（渗透效应）。这两种效应如同"幽灵"般导致检测信号不均，使得不同批次、不同操作者得出的结果差异显著。尽管现有方法通过添加壳聚糖、聚乙二醇等外源物质能部分缓解问题，但这些"外来者"可能干扰检测反应，犹如在精密仪器中混入杂质。

针对这一困境，华南理工大学的研究人员独辟蹊径，提出"以类治类"的解决方案：采用与纸基材同源的纤维素纳米材料进行修饰。就像用相同材质的补丁修补衣物，他们选择纤维素纳米晶（CNCs）和纤维素纳米纤维（CNFs）这两种"近亲"纳米材料，通过构建微纳复合结构来调控液体行为。相关成果发表在《Analytica Chimica Acta》上，为纸基传感器性能提升提供了新范式。

研究团队主要采用三种关键技术：通过TEMPO氧化法制备带负电的纳米纤维素悬浮液；利用浸渍法在普通滤纸上构建CNCs/CNFs修饰层；选用Ni²⁺-DMG和Fe²⁺-bathophenanthroline这两个经典显色体系进行性能验证。通过系统表征流体传输能力和显色均匀性，最终筛选出CNCs作为最优修饰材料。

【结果】部分研究显示：

1. 在纳米材料选择实验中，CNCs凭借更高的表面羧基含量（-30 mV Zeta电位）和棒状晶体结构，比纤维状的CNFs更能有效抑制液体径向流动，使显色斑点直径缩小约18%。
2. 流体动力学研究表明，CNCs修饰层通过增强氢键网络将接触角从72°降至35°，同时使液体垂直渗透速度降低2.3倍，实现"双效应"同步抑制。
3. 实际检测中，CNCs处理后的传感器对Ni²⁺和Fe²⁺的检测限分别达到0.4520 ppm和0.1564 ppm，较未处理组灵敏度提升3倍，且显色均匀性显著改善（CV值<5%）。

这项研究的突破性在于：首次利用纤维素同源材料的本征特性，既避免了外源添加剂可能引发的"副作用"，又通过微纳结构设计实现了检测性能的"双提升"。如同为纸基传感器装上"智能阀门"，CNCs修饰层既能阻止显色产物"逃跑"（渗透），又能均衡分配"兵力"（抑制咖啡环），使检测结果更加可靠。该策略为环境监测、食品安全等领域的即时检测提供了普适性解决方案，其"不引入非纤维素成分"的设计理念尤其适用于对检测特异性要求严苛的场景。研究团队在讨论中指出，这种同源修饰方法可拓展至其他纳米纤维素功能化应用，为开发新一代绿色传感器奠定基础。