Gold Nanoparticle-based Colorimetric Sensor for pH Sensing

ＣＨＥＭ．ＲＥＳ．ＣＨＩＮＥＳＥ　ＵＮＩｖＥＲＳｎ＿ＩＥＳ　２００８，２４（５），５３７—５４０　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ　１００５－９０４０（２００８）－０５—５３７—０４　

Ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｏｎｌｉｎｅ　ａｔ、＾ｎ＾ｎ＾，．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ。ｃｏｍ　…　鳓　ＳｃｉｅｎｃｅＤｉｒｅｃｔ　

Ｇｏｌｄ　Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ—ｂａｓｅｄ　Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ　Ｓｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　ｐＨ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　ＺＨＵ　Ｌｉｎ　，ＸＵＥ　Ｄｏｎｇ．ｈｕａ　ａｎｄ　ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎ－ｘｉｎ　．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｐ　Ｒ．Ｃｈｉｎａ　２　ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉｃａＩＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２．　Ｒ　Ｃｈｉｎａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｗｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｎｅｗｌｙ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ　ｓｅｎｓｏｒ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　ｐＨ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ｛ｄｏｄｅｃｙｌｔｈｉｏｅｔｈｅｒ　ｅｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ　ｐｏｌｙ［２・（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）　ｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｃｒｙｉａｔｅ］，ｐｏｔｙ（ＤＥＡＥＭＡ）一ＤＤＴ｝．Ｗｅ　ｈａｖｅ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｔａｂｌｅ　ＧＮＰ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ　ｕｎｄｅｒ　ｗｅａｋｌｙ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ（ｐＨ＝７．５　ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ａｃｉｄｉｃ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ（ｐＨ＝４．Ｏ），ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　２－（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ　ｐｒｏｔｏｎａｔｅｄ　ｂｙ　Ｈ　．Ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ－ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ　ａｎｄ　ａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄ　ｂｙ　ｄｉｓｔｉｎｃｔ　ｃｏｌｏｒ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈａｔ　ａｒｃ　ｃｌｅａｒｌＹ　ｖｉｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎａｋｅｄ　ｅｙｅ．Ｔｈｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｍａｙ　ｈａｖｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ　ｐＨ—ｓｅｎｓｉｔｉｘ　ｃ　ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ／ｏｒ　ｄｅｖｉｃｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｐＨ　ｓｅｎｓｉｎｇ；Ｐｏｌｙｍｅｒ　ｌｉｇａｎｄ　

１　ＩｎｔｒｏｄＵｃｔｉｏｎ　Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌａｓｔ　ｄｅｃａｄｅｓ　ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　（ＧＮＰｓ１　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ａｎ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｂｌｏｃｋ　ｆｏｒ　ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　１１ａｎｏ—　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌ　一。。．Ｔｈｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｂａｎｄｓ　ｏｆ　

ＧＮＰｓ　ａｒｃ　ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅｉｒ　ｓｈａｐｅ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ａｒｃ　ｖｅｒｙ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｌｏｃａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｙｐｉｃａｌｌｙ，ｍｏｎｏ—　ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ　ＧＮＰｓ　ｐｏｓｓｅｓｓ　ａｎ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｂａｎｄ　ａｒｏｕｎｄ　５２０　ｎｍ．ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｒｅｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｌｏｒ，ｗｈｉｌｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ　ＧＮＰｓ　ｅｘｈｉｂｉｔ　ｏｎｅ　ａｔ　ｌｏｎｇｅｒ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ，　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｂｌｕｅ－ｐｕｒｐｌｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｌｏｒ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ　ｏｆ　ＧＮＰｓ　ａｒｅ　ｏｆｔｅｎ　ａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄ　ｂｙ　ｄｉｓｔｉｎｃｔ　ｃｏｌｏｒ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｕｓｉｎｇ　ＧＮＰｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ　ａｎｄ　ｈａｖｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＮＡ．ｐｒｏｔｅｉｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｔａｌ－　ｌｉｃ　ｉ０ｎｓ．ｇ纪（　一　们．Ｇｅｎｅｒａ１１Ｖ．ｔｈｅ　ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ　ｓｅｎｓｏｒｓ　

ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ　ＧＮＰｓ　ａｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＮＰｓ　ｖｉａ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｏｂｅ　ｍｏ－－　ｌｅｃｕｌｅｓ　ｏｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ＧＮＰｓ　ｗｉｔｈ　ｇｕｅｓｔ　ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ．　ｉ．ｅ．，ａｎａｌｙｔｅｓ．Ｔｈｅ　ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　ｃｈａｎｇｅ　ｆｒｏｍ　ｒｅｄ　ｔｏ　ｂｌｕｅ—ｐｕｒｐｌｅ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ，ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎ—　ｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎａｌｙｔｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ　ａ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｏｎｌｙ　ｆｅｗ　ｂｌｕｅ－ｔｏ－ｒｅｄ　ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ　ｏｒ　ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ－ｂａｓｅｄ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｏｆ　ＧＮＰｓ　ｆｏｒ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃ　ｃｈａｎｇｅ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ　ｏｆ　ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［　１一　３１．　

Ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ，ｗｅ　ｈａｖｅ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｏｅｔｈｃｒ　ｔｅｒｍｉ。　ｈａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｌｉｇａ＿ｎｄｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ　ｉｎ　ｏｎｅ　ｓｔｅｐ　ｗｉｔｈ　ｕｎ’　ｐｒｅｃｅｄｅｎｔｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｖｅｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　１—５　ｎｍ　ｓｉｚｅ　ｒａｎｇｅ　ａｎｄ　ｆｏｒ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａ－　ｔｉｏｎｓ［　一　卅．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ．ｗｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ａ　ｕｎｉｑｕｅ　ｐＨ　

ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｇｏｌｄ　ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ＧＮＰｓ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｐＨ－ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇａｎｄ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅ　ａｃｉｄｉｃ　ｍｏｎｏｍｅｒ（ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ　ａｃｉｄ　ｏｒ　ａｃｒｙｌｉｃ　ａｃｉｄ）ｗａｓ　ｒｅｐｌａｃｅｄ　ｂｙ　ｂａｓｉｃ　２－（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ．Ｗｅ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｔａｂｌｅ　ＧＮＰ　ｐｒｅｃｉｐｉ＿　ｔａｔｅｓ／ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｗｅａｋｌｙ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅａｓｉｌｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｐＨ．　

２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　２．１　ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　２一ｆＤｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＤＥＡＥＭＡ）　１一ｄｏｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌ（ＤＤＴ）．４．４’一ａｚｏｂｉｓ（４一ｃｙａｎｏｐｅｎｔａｎｏｉｃ　ａｃｉｄ）（Ｖ－５０　１）ａｎｄ　ｓｏｄｉｕｍ　ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｏａｕｒａｔｅ　ｄｉｈｙｄｒａｔｅ　（ＮａＡｕＣ１４‘２Ｈ２０）ｗｅｒｅ　ｐｕｒｃｈａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｏ．ｆ１ｊＳＡ　．Ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａ１　ｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ．Ｍｉ１１ｉ。Ｏ　ｗａｔｅｒ（１　８．２　Ｍｎ）ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ａｌｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．　

Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｘ＠ｃｉａｃ．ｊ１．ｃｎ　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　５，２００７；ａｃｃｅｐｔｅｄ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２　１，２００７．　ＳｕｐｐｏＳｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｃ・ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．２０６７５０８０）ａｎｄ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　（Ｎｏ．ＫＪＣＸ２－ＹＷ－Ｈ１１１．　

Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ◎２００８．Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉ、，ｅｒｓｉｔｙ．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　Ｌｉｍｉｔｅｄ．Ａｌｌ　ｒｉｇｈｔｓ　ｒｅｓｅｒｖｅｄ　５３８　ＣＨＥＭ．ＲＥＳ．ＣＨＩＮＥＳＥ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ　Ⅵ　１．２４　２．２　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｉｇａｎｄ　Ｐｏｌｙ（ＤＥＡＥＭＡ）一ＤＤＴ　Ｐｏｌｙ（ＤＥＡＥＭＡ）．．ＤＤＴ　ｗａｓ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ｃｈａｉｎ．．　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｉｏｌ　ａｓ　ｃｈａｉｎ．ｔｌ。ａｎｓｆｅｒ　ａｇｅｎｔｆｌ７＿　．Ａ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｆｏｒ　ｍｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｐｏｌｙ（ＤＥＡＥＭＡ）一ＤＤＴ　ｗａｓ　ｔｏ　ｈｅａｔ　ＤＥＡＥＭＡ（５０　ｍｍｏ１），ＤＤＴ（５　ｍｍｏ１）ａｎｄ　ｖ－５０１（０．５０　ｍｍｏ１）ｉｎ　ｅｔｈａｎｏｌ（３０　ｍＬ）ｕｎｄｅｒ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｔ　７５。Ｃ　ｉｎ　ａ　ｒｏｕｎｄ—　ｂｏｔｔｏｍｅｄ　ｆｌａｓｋ　ｆｉｔｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｒｅｆｌｕｘ　ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｒ　５　ｈ　ｗｉｔｈ　ａｇｉｔａｔｉｏｎ，Ｔｈｅ　ｆｉｎａ】ｐｒｏｄｕｃｔ　ｗａｓ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ　ｉｎ　ｃｏｌｄ　ｎ－ｈｅｘａｒｌｅ．ａｎｄ　ｄｒｉｅｄ　ｉｎ　Ｙａｃｚｌｏ　ａｔ　４５。Ｃ　ｆｏｒ　２４　ｈ．Ａｆｔｅｒ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｗａｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＦＴＩＲ　ａｎｄ　Ｈ　Ｎ～　．　Ｔｈｅ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｐｏｌｙｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙ—　ｍｅｒ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　Ｇｅｌ　ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ　ｃｈｒｏｍａｔｏ．　ｇｒａｐｈｙ（ＧＰＣ．Ｗａｔｅｒｓ　４　１　０　ＧＰＣ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｅｑｕｉｐｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｓｔｙｒａｇｅｌ　ＨＴ６Ｅ　ｃｏｌｕｍｎ１　ｗｉｔｈ　ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕ．　ｒａｎ（ＴＨＦ１　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｌｕｅｎｔ　ａｔ　ａ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ　ｏｆ　１．０　ｍＬ／ｍｉｎ　ａｔ　３　５。Ｃ　ａｎｄ　ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｃｏｌｕｍｎ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．