同济大学：仿生设计嗅觉传感器应用于非法药物的定量检测

非法药物的流通和滥用一直是全球性的难题。传统的非法药物检测方法，如色谱-质谱联用、拉曼光谱等，虽然准确，但往往需要复杂的设备和较长的检测时间，难以满足现场快速检测的需求。尤其是在公共安全领域，便携、快速且高灵敏度的检测方法显得尤为重要。此外，在自然界中，许多生物拥有令人惊叹的感知能力，尤其是狗的嗅觉，能够检测到极低浓度的气味分子。狗的鼻子内部有着复杂的毛细血管结构，这些结构能够增强空气流通，使更多的气体分子到达鼻腔中的嗅觉神经受体，从而实现超强的嗅觉能力。因此，从狗鼻子的复杂结构中获得灵感，设计一种新型仿生嗅觉传感器，实现对非法药物的定量检测是非常有前景的。

日前，同济大学闫冰教授团队巧妙地将仿生学思想融合于光功能氢键有机框架之中，制备出超灵敏的嗅觉光响应仿生传感器，并应用于非法药物类似物的跟踪与监测，相关成果以“Detecting Like a Dog: Biomimetic Olfactory Sensory Fiber for Ultrasensitive Tracing of Illicit Drugs Simulants Based on Photoluminescent HOF Nanosheets”为题在线发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials, 2025, 35, 2425919.)。

受到警犬气味敏感性的启发，模仿狗鼻子的结构，研究人员设计了一种基于二维氢键有机框架纳米片（CAM-PPA HOF）的光致发光传感器，实现对非法药物类似物的超灵敏检测。优先于传统单一信号的荧光探针，这项研究引入磷光与荧光双信号，使得传感器能够在复杂环境中准确识别多种成分，大大提高了检测的准确性和选择性，进一步拓宽了其应用范围。实验结果表明，Eu@CAM-PPA探针对非法药物的检测具有极高的灵敏度和选择性，其检测限低至0.019 μM，响应时间短于5秒，且能够在复杂环境中准确识别目标物质。此外，研究人员设计了一种仿生水凝胶丝，用于非法药物的气相追踪。通过结合人工智能辅助的仿生传感器，能够通过特定的气味指纹精确识别气相非法药物，为机器感知和识别提供了新的可能性。

这项研究不仅为非法药物的检测提供了新的工具，还为仿生传感器的发展开辟了新的道路。通过结合荧光和磷光双信号机制，传感器能够在复杂环境中实现高灵敏度和高选择性的检测。未来，这种仿生传感器有望在环境监测、医疗诊断等领域发挥重要作用。

闫冰教授为论文的独立通讯作者，博士研究生阿丽吐尼姑丽·麦麦提为论文的第一作者，该研究工作得到国家自然科学基金项目的支持。

论文连接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202425919

审核编辑 黄宇