陕西师范大学: 研究荧光整体材料实现微型分离传感一体化

具有高灵敏度的便携式荧光传感器已被广泛用于环境分析、肉类新鲜度评估、非法药物、化学战剂和爆炸物的检测。但在实际场景中，由于众多的干扰因素，经常会遇到性能下降的问题。随着对混合物传感技术的需求不断增加，两种策略（主成分分析（PCA）和传感阵列）已被开发用于快速定性分析。但这两种方法都高度依赖于原始数据，这些数据容易受到样本多样性和环境因素（如湿度、干扰性）的影响。事实上，传感阵列和主成分分析方法都很难进行定量分析。迄今为止，通过荧光传感器或其他传感器对混合物的区分传感仍然是一个挑战，这个问题的根本在于传感器前端分离单元的缺失。

2025年3月14日，陕西师范大学房喻院士团队以“Miniaturized Separation-Sensing Tandem Enabled by Fluorescent Monoliths”为题发表在Angewandte Chemie International Edition。第一作者为王洁，通讯作者为房喻院士、刘忠山副研究员。设想将分离单元与传感器结合起来可能为混合物的传感提供一个新的平台（图1）。

图1.a)荧光传感器; b)现有的区分传感策略; c)微型化的分离传感平台。

在此，本研究利用动态共价化学制备了一种新型的传感介质，即多孔荧光整体材料（图2）。它可以分离混合物，同时可以集成到一个传感器中进行区分检测。荧光整体材料采用具有聚集诱导发射特性（AIE）的四醛基四苯乙烯（ETBA）和二胺类单体来制备。它们的孔隙率和光物理性质可以由脂肪胺、芳香胺和水合肼等二胺连接臂来调节。

图2.荧光整体材料的合成和光物理性质。a)化学结构; b) Tauc曲线; c)价带和导带分布图; d)荧光发射光谱; e-f)荧光寿命; g)量子产率。

考虑到良好的传质将有益于分离和传感，通过调整二元溶剂的比例构建了荧光整体材料的通孔结构，为了实现分离与传感串联平台，我们通过原位聚合在毛细管柱（内径，200 μm）中制备了荧光整体柱（图3）。荧光整体柱具有均匀的通孔结构，这赋予整体柱良好的渗透性和分离能力。通过刮掉不透明的聚酰亚胺涂层构建了一个荧光传感窗口，然后集成到管状层压光学传感器中（30 × 30 × 20 mm3）。

图3.E-FA-12C荧光柱的a)扫描电镜图像; b)日光和紫外光下荧光整体柱的照片; c)具有分离和传感能力的整体柱; d)自制的分离传感平台。

基于此，自主搭建了分离传感一体化平台（图3d），其中荧光整体柱既作为分离介质，又作为传感介质，利用荧光整体材料的分离和传感能力，建立了一个死体积可忽略的微型分离传感一体化平台。基于荧光整体柱良好的荧光性能和传质能力，作者在搭建的分离传感平台上实现了甲醇中微量水、沙林模拟剂、全氟烷基化合物和金属离子的定量分析。分离传感平台还实现了苯、甲苯、乙苯和二甲苯的分离检测，检测限低至86、54、19和58 ng。

图4.分离传感平台的应用。a) DCP; b) PFBS; c) BTE混合物。

这是第一次使用荧光整体材料来实现分离-传感串联。本研究证明，分离传感平台实现了在纳克水平上对BTX或BTE的区分传感。显然，该分离传感平台是建立在成功构建具有多级孔和可调节光物理行为的荧光整体材料的基础上的。该工作不仅为新型传感介质的制备提供了新思路，对分离和传感器串联的研究结果还为生产便携式设备提供了良好的基础，使现场环境分析、食品安全监测和药物检测等实际应用成为可能。

原文链接

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

审核编辑 黄宇