张鲁凝教授课题组发展新方法实现快速低成本气体分子检测

气体传感器研究一直是分析化学的热点领域，高灵敏度、低检测限的气体分析方法在工业界具有举足轻重的应用。气体传感器的设计通常需要借助复杂的化学制备、精确的界面化学调控，以及特异的选择性吸附来实现分子的捕获和探测。如何实现快速和低成本的气体检测是该领域的一个难题。

公司张鲁凝教授课题组长期致力于发展微纳米尺度下光谱分析方法，结合物理、材料、生物学的手段和方法，尝试利用光子晶体、纳米粒子、生物膜结合超分辨和光镊操控，实现在纳米尺度和单分子水平下高效率、定向、定点地光子传送和采集。日前，该课题组利用物理领域常见的普通黑皂膜实现了百万分之一浓度(ppm)氨气以及十亿分之一浓度(ppb)的乙酸检测。黑皂膜是厚度低于100纳米的肥皂膜，因其不发生光学干涉而呈现黑色。课题组研究人员使用的皂膜厚度大约为10-25纳米，因此具有极高的比表面积，达到~1000平方米每克，与碳纳米管接近。该方法巧妙地利用普通黑皂膜的以上特点，使其高效地吸附氨气或者乙酸气相分子，利用其中所包含的荧光酸碱指示剂测量吸附气体导致的pH变化。实验结果表明荧光信号与气体浓度在一定范围内呈线性响应。据此原理，可以利用黑皂膜作为一个平台，在其中利用酸碱反应、络合反应、氧化还原反应等过程实现高灵敏度的荧光探测方法，对气相分子进行检测。课题组正在研究利用此方法实现对甲醛、二氧化硫等气体的检测并已取得初步进展。

有关成果以“Sensing Parts per Million Level Ammonia and Parts per Billion Level Acetic Acid in the Gas Phase by Common Black Film with a Fluorescent pH Probe”为题发表在分析化学国际知名期刊Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04347），课题组博士生付静妮是论文第一作者，张鲁凝教授为通讯作者。该项目得到科技部重大仪器开发专项（2012YQ22011303）、自然科学基金（21275107）以及中央高校基本科研业务费专项资金（1380219126）的合作支持。