【儀表網 研發快訊】實現爆炸物、毒品、神經毒劑等痕量化學物質的精準檢測對于保障國家公共安全具有重要意義。中國科學院新疆理化技術研究所新疆痕量化學物質感知重點實驗室長期致力于痕量化學物質現場檢測性能提升機制研究，在熒光探針結構調控、功能性MOF傳感材料構建、非晶態納米材料調控等提升檢測性能方面發展了系列解決方案(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)。
團隊近期針對廣泛應用于固體推進劑、航天器材、煙花爆竹等領域的高氯酸鹽現場檢測靈敏度和抗干擾性不足等難題，從高氯酸鹽自身獨特的四面體結構入手，設計合成了以硫脲基團及氮乙基為協同識別位點、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、豐富能級結構等優點的上轉換納米材料，通過供受體間的精準能量匹配設計，構建了一種基于福斯特共振能量轉移(FRET)機制的功能化上轉換納米探針。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，通過殼層厚度設計(9 nm)及配體功能化修飾，實現了供體發射光譜與受體吸收光譜的精準匹配，FRET效率高達56.6%。基于特異性識別位點的設計及FRET機制的內在優勢，該探針對高氯酸鹽展現了高效的檢測性能：檢測限低至1.6 nM(線性范圍為0-100 μM)，與羅丹明衍生物探針相比，檢測靈敏度提升了一個數量級；檢測現象為綠色變為紅色，響應時間小于4 s；對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量子點等熒光干擾物質的復雜土壤模擬環境中，該探針仍能精準檢出高氯酸鹽，進一步驗證了該探針在復雜場景中檢測的可靠性。本研究提出的納米探針構建策略，為痕量化學物質精準檢測提供了新的設計思路。
相關成果題發表于國際期刊《分析化學》(Analytical Chemistry)上，中國科學院新疆理化技術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家自然科學基金、新疆自然科學基金、天山創新團隊、中國科學院基礎前沿科學研究計劃從0到1原始創新項目、自治區中央引導地方科技發展基金、中國科學院青年創新促進會等項目支持。
功能化納米探針精準能量匹配設計策略
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