【仪表网 研发快讯】实现爆炸物、毒品、神经毒剂等痕量化学物质的精准检测对于保障国家公共安全具有重要意义。中国科学院新疆理化技术研究所新疆痕量化学物质感知重点实验室长期致力于痕量化学物质现场检测性能提升机制研究，在荧光探针结构调控、功能性MOF传感材料构建、非晶态纳米材料调控等提升检测性能方面发展了系列解决方案(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202423576; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202203358; Adv. Mater. 2023, 35, 2300526; Adv. Mater. 2020, 32, 1907043; Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2425082; ACS Sensors 2025, 10, 1998; Anal. Chem. 2025, 97, 11669等)。
团队近期针对广泛应用于固体推进剂、航天器材、烟花爆竹等领域的高氯酸盐现场检测灵敏度和抗干扰性不足等难题，从高氯酸盐自身独特的四面体结构入手，设计合成了以硫脲基团及氮乙基为协同识别位点、氢键为主要作用力的罗丹明衍生物探针；从提升抗干扰性角度考虑，引入具有零背景荧光、丰富能级结构等优点的上转换纳米材料，通过供受体间的精准能量匹配设计，构建了一种基于福斯特共振能量转移(FRET)机制的功能化上转换纳米探针。该探针以NaYF4@NaYF4: Yb/Er作为能量供体，罗丹明衍生物探针作为能量受体，通过壳层厚度设计(9 nm)及配体功能化修饰，实现了供体发射光谱与受体吸收光谱的精准匹配，FRET效率高达56.6%。基于特异性识别位点的设计及FRET机制的内在优势，该探针对高氯酸盐展现了高效的检测性能：检测限低至1.6 nM(线性范围为0-100 μM)，与罗丹明衍生物探针相比，检测灵敏度提升了一个数量级；检测现象为绿色变为红色，响应时间小于4 s；对22种潜在干扰物具有良好的抗干扰能力。重要的是，在含有罗丹明6G、CdSe@ZnS量子点等荧光干扰物质的复杂土壤模拟环境中，该探针仍能精准检出高氯酸盐，进一步验证了该探针在复杂场景中检测的可靠性。本研究提出的纳米探针构建策略，为痕量化学物质精准检测提供了新的设计思路。
相关成果题发表于国际期刊《分析化学》(Analytical Chemistry)上，中国科学院新疆理化技术研究所博士研究生尚中飞和王梅梅为共同第一作者，祖佰祎研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、新疆自然科学基金、天山创新团队、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目、自治区中央引导地方科技发展基金、中国科学院青年创新促进会等项目支持。
功能化纳米探针精准能量匹配设计策略
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