【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】實(shí)現(xiàn)爆炸物、毒品、神經(jīng)毒劑等痕量化學(xué)物質(zhì)的精準(zhǔn)檢測(cè)對(duì)于保障國(guó)家公共安全具有重要意義。中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新疆痕量化學(xué)物質(zhì)感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期致力于痕量化學(xué)物質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)性能提升機(jī)制研究，在熒光探針結(jié)構(gòu)調(diào)控、功能性MOF傳感材料構(gòu)建、非晶態(tài)納米材料調(diào)控等提升檢測(cè)性能方面發(fā)展了系列解決方案(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202423576; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202203358; Adv. Mater. 2023, 35, 2300526; Adv. Mater. 2020, 32, 1907043; Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2425082; ACS Sensors 2025, 10, 1998; Anal. Chem. 2025, 97, 11669等)。
團(tuán)隊(duì)近期針對(duì)廣泛應(yīng)用于固體推進(jìn)劑、航天器材、煙花爆竹等領(lǐng)域的高氯酸鹽現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)靈敏度和抗干擾性不足等難題，從高氯酸鹽自身獨(dú)特的四面體結(jié)構(gòu)入手，設(shè)計(jì)合成了以硫脲基團(tuán)及氮乙基為協(xié)同識(shí)別位點(diǎn)、氫鍵為主要作用力的羅丹明衍生物探針；從提升抗干擾性角度考慮，引入具有零背景熒光、豐富能級(jí)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換納米材料，通過供受體間的精準(zhǔn)能量匹配設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一種基于福斯特共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)機(jī)制的功能化上轉(zhuǎn)換納米探針。該探針以NaYF4@NaYF4: Yb/Er作為能量供體，羅丹明衍生物探針作為能量受體，通過殼層厚度設(shè)計(jì)(9 nm)及配體功能化修飾，實(shí)現(xiàn)了供體發(fā)射光譜與受體吸收光譜的精準(zhǔn)匹配，F(xiàn)RET效率高達(dá)56.6%。基于特異性識(shí)別位點(diǎn)的設(shè)計(jì)及FRET機(jī)制的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，該探針對(duì)高氯酸鹽展現(xiàn)了高效的檢測(cè)性能：檢測(cè)限低至1.6 nM(線性范圍為0-100 μM)，與羅丹明衍生物探針相比，檢測(cè)靈敏度提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)；檢測(cè)現(xiàn)象為綠色變?yōu)榧t色，響應(yīng)時(shí)間小于4 s；對(duì)22種潛在干擾物具有良好的抗干擾能力。重要的是，在含有羅丹明6G、CdSe@ZnS量子點(diǎn)等熒光干擾物質(zhì)的復(fù)雜土壤模擬環(huán)境中，該探針仍能精準(zhǔn)檢出高氯酸鹽，進(jìn)一步驗(yàn)證了該探針在復(fù)雜場(chǎng)景中檢測(cè)的可靠性。本研究提出的納米探針構(gòu)建策略，為痕量化學(xué)物質(zhì)精準(zhǔn)檢測(cè)提供了新的設(shè)計(jì)思路。
相關(guān)成果題發(fā)表于國(guó)際期刊《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)上，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所博士研究生尚中飛和王梅梅為共同第一作者，祖佰祎研究員為通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、新疆自然科學(xué)基金、天山創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃從0到1原始創(chuàng)新項(xiàng)目、自治區(qū)中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目支持。
功能化納米探針精準(zhǔn)能量匹配設(shè)計(jì)策略
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