具有高靈敏度的便攜式熒光傳感器已被廣泛用于環(huán)境分析、肉類新鮮度評(píng)估、非法藥物、化學(xué)戰(zhàn)劑和爆炸物的檢測(cè)。但在實(shí)際場(chǎng)景中，由于眾多的干擾因素，經(jīng)常會(huì)遇到性能下降的問(wèn)題。隨著對(duì)混合物傳感技術(shù)的需求不斷增加，兩種策略（主成分分析（PCA）和傳感陣列）已被開(kāi)發(fā)用于快速定性分析。但這兩種方法都高度依賴于原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)容易受到樣本多樣性和環(huán)境因素（如濕度、干擾性）的影響。事實(shí)上，傳感陣列和主成分分析方法都很難進(jìn)行定量分析。迄今為止，通過(guò)熒光傳感器或其他傳感器對(duì)混合物的區(qū)分傳感仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，這個(gè)問(wèn)題的根本在于傳感器前端分離單元的缺失。

2025年3月14日，陜西師范大學(xué)房喻院士團(tuán)隊(duì)以“Miniaturized Separation-Sensing Tandem Enabled by Fluorescent Monoliths”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition。第一作者為王潔，通訊作者為房喻院士、劉忠山副研究員。設(shè)想將分離單元與傳感器結(jié)合起來(lái)可能為混合物的傳感提供一個(gè)新的平臺(tái)（圖1）。

圖1.a)熒光傳感器; b)現(xiàn)有的區(qū)分傳感策略; c)微型化的分離傳感平臺(tái)。

在此，本研究利用動(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)制備了一種新型的傳感介質(zhì)，即多孔熒光整體材料（圖2）。它可以分離混合物，同時(shí)可以集成到一個(gè)傳感器中進(jìn)行區(qū)分檢測(cè)。熒光整體材料采用具有聚集誘導(dǎo)發(fā)射特性（AIE）的四醛基四苯乙烯（ETBA）和二胺類單體來(lái)制備。它們的孔隙率和光物理性質(zhì)可以由脂肪胺、芳香胺和水合肼等二胺連接臂來(lái)調(diào)節(jié)。

圖2.熒光整體材料的合成和光物理性質(zhì)。a)化學(xué)結(jié)構(gòu); b) Tauc曲線; c)價(jià)帶和導(dǎo)帶分布圖; d)熒光發(fā)射光譜; e-f)熒光壽命; g)量子產(chǎn)率。

考慮到良好的傳質(zhì)將有益于分離和傳感，通過(guò)調(diào)整二元溶劑的比例構(gòu)建了熒光整體材料的通孔結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)分離與傳感串聯(lián)平臺(tái)，我們通過(guò)原位聚合在毛細(xì)管柱（內(nèi)徑，200 μm）中制備了熒光整體柱（圖3）。熒光整體柱具有均勻的通孔結(jié)構(gòu)，這賦予整體柱良好的滲透性和分離能力。通過(guò)刮掉不透明的聚酰亞胺涂層構(gòu)建了一個(gè)熒光傳感窗口，然后集成到管狀層壓光學(xué)傳感器中（30 × 30 × 20 mm3）。

圖3.E-FA-12C熒光柱的a)掃描電鏡圖像; b)日光和紫外光下熒光整體柱的照片; c)具有分離和傳感能力的整體柱; d)自制的分離傳感平臺(tái)。

基于此，自主搭建了分離傳感一體化平臺(tái)（圖3d），其中熒光整體柱既作為分離介質(zhì)，又作為傳感介質(zhì)，利用熒光整體材料的分離和傳感能力，建立了一個(gè)死體積可忽略的微型分離傳感一體化平臺(tái)。基于熒光整體柱良好的熒光性能和傳質(zhì)能力，作者在搭建的分離傳感平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了甲醇中微量水、沙林模擬劑、全氟烷基化合物和金屬離子的定量分析。分離傳感平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了苯、甲苯、乙苯和二甲苯的分離檢測(cè)，檢測(cè)限低至86、54、19和58 ng。

圖4.分離傳感平臺(tái)的應(yīng)用。a) DCP; b) PFBS; c) BTE混合物。

這是第一次使用熒光整體材料來(lái)實(shí)現(xiàn)分離-傳感串聯(lián)。本研究證明，分離傳感平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了在納克水平上對(duì)BTX或BTE的區(qū)分傳感。顯然，該分離傳感平臺(tái)是建立在成功構(gòu)建具有多級(jí)孔和可調(diào)節(jié)光物理行為的熒光整體材料的基礎(chǔ)上的。該工作不僅為新型傳感介質(zhì)的制備提供了新思路，對(duì)分離和傳感器串聯(lián)的研究結(jié)果還為生產(chǎn)便攜式設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)，使現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境分析、食品安全監(jiān)測(cè)和藥物檢測(cè)等實(shí)際應(yīng)用成為可能。

原文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202502020

審核編輯 黃宇