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    科研進展

    新疆理化所在銅納米簇檢測并區分TNT和TNP方面取得進展

    發布時間:2022-10-12

    三硝基甲苯(2,4,6-trinitrotoluene,TNT)和三硝基苯酚(2,4,6-trinitrophenol,TNP)被廣泛應用于軍用彈藥和恐怖襲擊,嚴重威脅著人類生命和國家安全,迫切需要在各種場景下實現對其檢測。熒光法檢測TNTTNP 的常用策略是基于它們檢測前后吸收/發射光譜變化不同的特性,以及它們比其它硝基芳烴化合物更容易受到更強的電子供-受體作用而從其它類似物中區分出來。然而,由于TNTTNP具有相似的化學結構和強吸電子特性,進一步實現對二者的同時區分識別成為迫切需要解決的難題。利用熒光和比色雙模方法已在有機探針分子識別TNTTNP方面被證明是一種可行的方法。然而,如何通過對探針與目標物之間的電子和能量傳遞機制的深入理解,進一步發展制備更加簡易、效果更加突出的傳感材料,對TNTTNP的檢測與識別具有重要意義?;诖?,中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊創新性地提出了一種利用聚乙烯亞胺(polyethyleneimine,PEI)修飾的銅納米簇實現熒光/比色雙模檢測并區分TNTTNP的策略。

    研究人員利用溫和的制備方法獲得了具有豐富氨基(-NH2)作為識別位點的聚乙烯亞胺修飾的銅納米簇(PEI-Cu NCs)。在檢測TNT時,PEI-Cu NCs上的氨基與TNT形成棕色的Meisenheimer絡合物,且該絡合物的吸收光譜與PEI-Cu NCs的發射光譜重疊,二者間產生了F?rster共振能量轉移(F?rster resonance energy transfer,FRET),使得銅納米簇熒光淬滅并且產生顏色變化。而在檢測TNP時,由于TNPPEI-Cu NCs間存在能級匹配,并且TNP上的羥基(-OH)與PEI-Cu NCs上的-NH2存在強氫鍵作用,由此產生的光誘導電子轉移(photo-induced electron transfer,PET)使銅納米簇熒光淬滅而不產生本征的顏色變化?;谠摬呗?,TNTTNP得以檢測與區分,熒光法檢測TNPTNT的檢測限分別低至12.82 nM26.57 nM,比色法檢測TNT的檢測限達到0.39 μM,并且,對26種干擾物都具有良好的選擇性和抗干擾性。實際樣品測試表明,該策略可以滿足在真實基體(人工模擬土壤和自來水加標樣)中確定目標分析物的要求。此外,基于PEI-Cu NCs構建的紙基傳感器被成功應用于氣相,液相和固相的樣品檢測,進一步驗證了該傳感材料的設計策略在實際場景中的應用潛力。該研究不僅為配體功能化的金屬納米簇在痕量檢測領域的應用提供了一種通用途徑,而且為國土安全和環境保護領域提供了一個潛在的痕量爆炸物現場檢測手段。

    相關成果以“Polyethyleneimine-Capped Copper Nanoclusters for Detection and Discrimination of 2,4,6-Trinitrotoluene and 2,4,6-Trinitrophenol”為題發表在英國皇家學會期刊《Analytical Methods》上,并入選合集“Analytical Methods HOT Articles 2022”。中國科學院新疆理化技術研究所為第一單位,論文第一作者為碩士研究生吳昊天和王廣發博士,通訊作者為竇新存研究員和蔡珍珍副研究員。該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、中科院從01原始創新項目及自治區科技廳項目的資金支持。

    文章鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ay/d2ay01311h

    PEI-Cu NCs熒光/比色雙模檢測并區分TNTTNP的設計策略

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