【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】爆炸物的超精準(zhǔn)現(xiàn)場檢測對維護(hù)公共安全具有重要意義，亦是分析化學(xué)領(lǐng)域中的一個極具挑戰(zhàn)性的難題。中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所痕量化學(xué)物質(zhì)感知團(tuán)隊長期致力于痕量爆炸物現(xiàn)場檢測性能提升機(jī)制研究，在非制式爆炸物光學(xué)探針設(shè)計、非晶態(tài)納米材料調(diào)控、高靈敏現(xiàn)場檢測器件設(shè)計方面發(fā)展了系列新的解決方案(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202203358、Adv. Mater. 2023, 2300526、Adv. Mater. 2020, 32, 1907043、Adv. Sci. 2020, 7, 2002991、Aggregate 2022, e260)。
 

　　團(tuán)隊近期針對爆炸物現(xiàn)場檢測中檢測靈敏度和抗干擾性難以協(xié)同提升的問題，提出了一種基于有效促進(jìn)檢測反應(yīng)進(jìn)程的自加速光學(xué)探針，耦合稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料(UCNPs)實(shí)現(xiàn)了過氧化物類非制式爆炸物三?？梢暬珳?zhǔn)檢測策略。具體為：以1,8-萘酰亞胺為熒光團(tuán)、硼酸酯為識別位點(diǎn)，通過設(shè)計輔助基團(tuán)為正己酸合成了具有自加速功能的B-R-COOH比色-熒光雙模探針分子，通過對該探針動力學(xué)模擬、靜電位分布分析、Hirshfeld表面分析、電子密度差分析、動力學(xué)和熱力學(xué)密度泛函理論分析及與輔助基團(tuán)為正己酸鈉探針的檢測實(shí)驗(yàn)對比，充分證實(shí)了自加速探針可有效提升檢測靈敏度(最高提升11.5倍)。在此基礎(chǔ)上，通過能量匹配設(shè)計，引入了具有抗背景干擾的NaYF4: Yb, Tm UCNPs，基于內(nèi)濾波效應(yīng)構(gòu)建了UCNPs/B-R-COOH納米探針，實(shí)現(xiàn)了對H2O2溶液的比色-熒光-上轉(zhuǎn)換發(fā)光三?？梢暬瘷z測，檢測限低至4.34 nM，響應(yīng)時間<1 s，且對常見氧化劑、爆炸物、金屬鹽和生活日用品等21種潛在共存物具有超強(qiáng)的抗干擾能力。與已經(jīng)報道的H2O2探針檢測方案相比，不論是在檢測限、響應(yīng)時間，還是在抗干擾性方面均具有優(yōu)勢。此外，以具有三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的海綿為基底，構(gòu)建了UCNPs/B-R-COOH海綿基傳感芯片，成功實(shí)現(xiàn)了H2O2氣氛的三模檢測；更為重要的是，該傳感芯片可在金色顏料、黃綠色熒光粉、紅色長余輝材料、鹽、孜然粉、辣椒粉、咖啡粉、奶茶粉、阿莫西林藥粉、土壤和沙粒等11種生活中常見物質(zhì)混合存在時實(shí)現(xiàn)對非制式爆炸物三過氧化物三丙酮(TATP)的超精準(zhǔn)識別，充分驗(yàn)證了UCNPs/B-R-COOH納米探針在實(shí)際應(yīng)用場景中應(yīng)用的可靠性。
 

　　該研究提出的基于自加速探針耦合UCNPs實(shí)現(xiàn)三?？梢暬瘷z測策略，不僅實(shí)現(xiàn)了對H2O2和TATP的超精準(zhǔn)檢測，還將為痕量危險化學(xué)物質(zhì)的現(xiàn)場檢測及三?？梢暬瘷z測平臺的概念化提供新的思路。
 

UCNPs/B-R-COOH超精準(zhǔn)納米探針設(shè)計策略
 

　　相關(guān)研究成果以“A Self-Accelerating Naphthalimide-Based Probe Coupled with Upconversion Nanoparticles for Ultra-Accurate Tri-Mode Visualization of Hydrogen Peroxide”為題發(fā)表于Advanced Science，河北科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生馮亞楠和新疆理化所雷達(dá)副研究員為共同第一作者，河北科技大學(xué)李亞娟教授和祖佰祎研究員、竇新存研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、新疆自然科學(xué)基金、自治區(qū)天山創(chuàng)新團(tuán)隊計劃、河北省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項(xiàng)目的資金支持。