中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
非法藥物的流通和濫用一直是全球性的難題。傳統(tǒng)的非法藥物檢測(cè)方法，如色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、拉曼光譜等，雖然準(zhǔn)確，但往往需要復(fù)雜的設(shè)備和較長的檢測(cè)時(shí)間，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的需求。尤其是在公共安全領(lǐng)域，便攜、快速且高靈敏度的檢測(cè)方法顯得尤為重要。此外，在自然界中，許多生物擁有令人驚嘆的感知能力，尤其是狗的嗅覺，能夠檢測(cè)到極低濃度的氣味分子。狗的鼻子內(nèi)部有著復(fù)雜的毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)空氣流通，使更多的氣體分子到達(dá)鼻腔中的嗅覺神經(jīng)受體，從而實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的嗅覺能力。因此，從狗鼻子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中獲得靈感，設(shè)計(jì)一種新型仿生嗅覺傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)非法藥物的定量檢測(cè)是非常有前景的。
日前，同濟(jì)大學(xué)閆冰教授團(tuán)隊(duì)巧妙地將仿生學(xué)思想融合于光功能氫鍵有機(jī)框架之中，制備出超靈敏的嗅覺光響應(yīng)仿生傳感器，并應(yīng)用于非法藥物類似物的跟蹤與監(jiān)測(cè)，相關(guān)成果以“Detecting Like a Dog: Biomimetic Olfactory Sensory Fiber for Ultrasensitive Tracing of Illicit Drugs Simulants Based on Photoluminescent HOF Nanosheets”為題在線發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials, 2025, 35, 2425919.)。
受到警犬氣味敏感性的啟發(fā)，模仿狗鼻子的結(jié)構(gòu)，研究人員設(shè)計(jì)了一種基于二維氫鍵有機(jī)框架納米片（CAM-PPA HOF）的光致發(fā)光傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)非法藥物類似物的超靈敏檢測(cè)。優(yōu)先于傳統(tǒng)單一信號(hào)的熒光探針，這項(xiàng)研究引入磷光與熒光雙信號(hào)，使得傳感器能夠在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確識(shí)別多種成分，大大提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和選擇性，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Eu@CAM-PPA探針對(duì)非法藥物的檢測(cè)具有極高的靈敏度和選擇性，其檢測(cè)限低至0.019 μM，響應(yīng)時(shí)間短于5秒，且能夠在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)物質(zhì)。此外，研究人員設(shè)計(jì)了一種仿生水凝膠絲，用于非法藥物的氣相追蹤。通過結(jié)合人工智能輔助的仿生傳感器，能夠通過特定的氣味指紋精確識(shí)別氣相非法藥物，為機(jī)器感知和識(shí)別提供了新的可能性。
這項(xiàng)研究不僅為非法藥物的檢測(cè)提供了新的工具，還為仿生傳感器的發(fā)展開辟了新的道路。通過結(jié)合熒光和磷光雙信號(hào)機(jī)制，傳感器能夠在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高選擇性的檢測(cè)。未來，這種仿生傳感器有望在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
閆冰教授為論文的獨(dú)立通訊作者，博士研究生阿麗吐尼姑麗·麥麥提為論文的第一作者，該研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。
論文連接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202425919
