近日，我院黄又举教授在利用纳米混合指示剂赋能高分辨率色相可视化传感技术取得新进展。相关研究成果以“Nanocomposite Indicator-based High-resolution Naked-Eye Hue Sensor for Catecholamine Detection”为题在Analytical Chemistry（Q1）上发表。

比色生物传感器因其操作简单、成本低廉以及结果直观易读等诸多优点，广泛应用于医疗诊断、环境监测、食品安全等领域。传统的比色传感器往往是通过颜色的有无变化或颜色深度的变化实现定性的判断，而多色可视化技术可通过多种颜色变化实现半定量的生物检测。前期，杭师大材化学院黄又举教授团队，通过精准设计贵金属纳米材料和其可控的刻蚀反应，进一步借助化学计量学方法和AI大数据分析，构建了高灵敏度、高精度的彩色裸眼多色可视化传感器（Advanced Science, 2025, 2408825; 2023, 2303159; Biosensors and Bioelectronics, 2025, 116941; 2024, 116143; 2023, 115556; 2023, 115344），并应用于医疗诊断。

多色可视化传感器的关键一步是如何深度集成颜色模型，以便更有效地分析和解释输出信号。目前，颜色模型分为三种CIELAB（国际照明委员会）、RGB（红、绿、蓝）和HSV（色相、饱和度、明度）。最常用的是CIELAB和RGB颜色模型。CIELAB模型虽具备感知均匀性，可实现跨设备和环境的精确颜色比较，且能表示丰富多样颜色，但其复杂程度高、计算成本大，软件和硬件支持不够广泛，难以直接映射到设备特定的颜色空间。RGB颜色模型难以在不同设备间实现颜色比较，可再现颜色范围有限，且对照明条件变化较为敏感。

本工作中，黄又举教授团队敏锐地捕捉到HSV颜色模型的优势，研发出一种具备高分辨率、宽色相范围特性的多色可视化检测新方法。该模型能够简易独立地调整色调、饱和度和明度，适用于各种光照条件，且通过直接提取色相值，可对颜色变化进行精准量化。本工作通过构建协同催化反应增强颜色信号，研制了一种简便而准确的具有宽色相范围和高色差的多色可视化方法检测儿茶酚胺。具体机理如下：不同浓度儿茶酚胺通过化学吸附作用保护Ag NPLs免受H₂O₂的刻蚀，产生不同的颜色变化。刻蚀解离出的Ag⁺因抑制脲酶催化尿素的反应使pH指示剂酚红显示不同的颜色变化。引入协同催化反应后两者颜色叠加，提高色差，拓宽色相范围，显著提高儿茶酚胺检测的肉眼识别度，可用于检测大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤(PC-12)细胞和小鼠脑脊液中的儿茶酚胺。该方法拓展了高灵敏多色可视化方法在神经系统疾病早期临床诊断领域的应用。

图1. 纳米混合指示剂介导的高分辨率色相可视化传感示意图

传统传感器受限于颜色模型，难以充分发挥纳米混合指示剂的性能。例如，RGB模型无法有效证明纳米混合指示剂的颜色增强效果，颜色变化无规律，难以与目标物定量变化建立关联；而CIELAB模型虽可通过计算ΔE值定量颜色，但计算过程复杂繁琐。与之形成鲜明对比的是，团队提出的新方法采用HSV模型中的色相（H）值进行颜色定量，操作简单直观，且色相值与DA浓度呈现出良好的线性关系，为儿茶酚胺的精准检测提供了有力保障。这一创新成果，不仅为多色可视化传感技术带来了新的突破，也为相关领域的科学研究与实际应用提供了全新的思路和方法，有望推动该技术在更多领域的广泛应用与发展。

图2. 高分辨率色相传感检测多巴胺

图3. 高分辨率色相传感对不同儿茶酚胺类的检测普适性

杭州师范大学材料与化学化工学院丁彩萍副教授为该论文的第一作者，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授为通讯作者，杭州师范大学为第一单位。该研究工作得到了浙江省“尖兵”&“领雁”项目、国家自然科学基金项目等项目的资助。