窦新存等高灵敏快速比色-荧光双模检测典型氧化剂取得进展

pashan

高锰酸钾（KMnO4）、次氯酸钠（NaClO）等典型氧化剂不仅是代表性非制式爆炸物原料，同时，其过量排放会造成环境污染。因此，开展氧化剂的高灵敏、高选择性、现场快速检测和分析对维护国家公共安全及环境保护具有重要意义。有机光学探针因其具有结构可调、官能团多样、发光效率高、反应快、识别位点特异等优点，被广泛应用于典型氧化剂检测。目前，相关研究主要集中在调控探针结构增强单个目标物检测性能方面，如何通过探针设计实现对不同氧化剂的同时区分检测颇具挑战。中国科学院新疆理化技术研究所爆炸物传感检测团队基于KMnO4和NaClO皆可氧化双键，以及氧化能力和反应机制不同的特征，提出了基于D-π-A（电子给体-π共轭桥-电子受体）结构的“一箭双雕”探针分子设计策略，实现了对KMnO4和NaClO的比色-荧光双模区分识别。

图：探针DMA-CN构建策略、响应机制及纸基传感器选择性检测性能评估

        研究人员基于多氰基呋喃（TCF）中甲基易与醛基进行羟醛缩合反应生成双键的特点，以自身含有碳碳双键的TCF为拉电子基，以对二甲氨基苯甲醛为推电子基，设计制备了TCF基D-π-A型比色-荧光探针分子（DMA-CN）。由于KMnO4可以同时打断TCF和π共轭桥中的碳碳双键，而NaClO仅可以打断π共轭桥中的碳碳双键，进而生成具有不同光学性质的产物，从而产生不同的比色和荧光信号。研究发现，DMA-CN对KMnO4的荧光-比色检测限分别达60 nM和 91 nM，而对NaClO的荧光-比色检测限达13 nM和214 nM，响应时间均<1 s，并且对10余种干扰物具有良好的选择性。与已经报道的荧光探针检测方案相比较，不论是在检测限、响应速度，还是在选择性方面均具有优势。此外，研究者还通过将设计的荧光探针与静电纺丝技术相结合，制备了纳米纤维素纸基传感器，并用于实际环境中痕量KMnO4和NaClO的准确、快速、可视化识别。该研究工作为环境监测、工业产品风险管控和爆炸物检测等领域荧光传感原理探针分子的高效设计及应用提供了实验和理论基础。
        相关研究成果发表于《Analytical Chemistry》，新疆大学联合培养硕士研究生杨欣怡和新疆理化所副研究员蔡珍珍为共同第一作者，窦新存研究员和新疆大学张军教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中科院从0到1原始创新、中国科学院西部之光及自治区等项目的资金支持。
        文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c01894
             文章来源：新疆理化所
     窦新存，新疆理化所研究员。2009年7月以优异的成绩从中科院固体物理研究所毕业，获博士学位、中科院优秀博士论文奖和中科院院长奖优秀奖。目前在新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院及能源研究院从事纳米材料太阳能电池方面的研究工作。窦新存致力于发展新型纳米热电材料、半导体光电材料、器件组装优化以及开发等方面的研究，并取得了一系列的科研成果。2011年他曾应邀撰写英文专著Crystal Growth: Theory, Mechanisms and Morphology（Nova Publishers）中的一个章节。