精準(zhǔn)化學(xué)物質(zhì)識(shí)別是眾多領(lǐng)域至關(guān)重要的技術(shù)需求(如公共安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等)，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似的多個(gè)目標(biāo)物的區(qū)分識(shí)別，關(guān)系到及時(shí)預(yù)警和采取何種恰當(dāng)?shù)奶幹么胧Ｖ袊?guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所痕量化學(xué)物質(zhì)感知團(tuán)隊(duì)緊密圍繞國(guó)家公共安全戰(zhàn)略需求，長(zhǎng)期致力于該領(lǐng)域關(guān)鍵物質(zhì)的探針分子設(shè)計(jì)調(diào)控、傳感材料開發(fā)、傳感識(shí)別原理構(gòu)建及現(xiàn)場(chǎng)可視化分析裝備研發(fā)等的體系化研究。迄今為止，該團(tuán)隊(duì)已提出了系列原始創(chuàng)新的傳感分析體系，實(shí)現(xiàn)了軍用爆炸物、易制爆危化品、毒品及神經(jīng)毒劑等的高靈敏、高特異、可視化檢測(cè)/監(jiān)測(cè)(Adv. Mater. 2023,?35,?2300526、Angew. Chem. Int. Ed. 2024,?63,?e202400453、JACS Au 2024,?4,?545、Angew. Chem. Int. Ed. 2022,?61,?e202203358、Adv. Sci. 2024,?11,?2309182、Aggregate 2023,?4,?e315、Aggregate 2023,?4,?e260等)。
 

　　針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品乙二胺和水合肼具有極其相近的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，難以精準(zhǔn)區(qū)分識(shí)別這一領(lǐng)域難題，團(tuán)隊(duì)從二者微弱的親核性差異入手，提出了以不飽和雙鍵作為識(shí)別位點(diǎn)，構(gòu)筑了具有差異化親電性雙重識(shí)別位點(diǎn)的熒光探針。具體來說，乙二胺和肼分別與探針中位點(diǎn)1和2通過親核加成反應(yīng)生成不同產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，并分別輸出具有顯著差異的光學(xué)信號(hào)(比率熒光、熒光猝滅)，實(shí)現(xiàn)了二者的區(qū)分檢測(cè)。結(jié)合高分辨質(zhì)譜和密度泛函理論分析反應(yīng)過程，驗(yàn)證了上述檢測(cè)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，通過將探針負(fù)載在基底材料上制備功能化器件，結(jié)合深度學(xué)習(xí)圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)了乙二胺在亞ppm級(jí)濃度的準(zhǔn)確識(shí)別，突破了可視化光學(xué)傳感在痕量物質(zhì)光學(xué)信號(hào)判別方面的固有限制，為光學(xué)傳感領(lǐng)域痕量目標(biāo)物(尤其是結(jié)構(gòu)類似的多目標(biāo)物)精準(zhǔn)判別提供了解決思路。與已報(bào)道的檢測(cè)方案相比，該探針對(duì)乙二胺具有優(yōu)異的傳感性能，反應(yīng)速度快(<0.2 s)，靈敏度高(液體為檢測(cè)限為8.6 nM，氣體檢測(cè)限為1.61 ppb)，同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)乙二胺與12種胺類化合物和30種其他干擾物(結(jié)構(gòu)類似物、水溶性無機(jī)鹽、常見藥用輔料等)的有效區(qū)分。
 

　　本工作不僅首次實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)高度類似的乙二胺和肼的同步光學(xué)識(shí)別，且該探針優(yōu)異的傳感響應(yīng)性能刷新了乙二胺光學(xué)探針的檢測(cè)靈敏度和特異性，為多目標(biāo)可視化探針的設(shè)計(jì)提供了研究范式。由于本研究涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括小分子探針、光學(xué)傳感方法、便攜器件、固液氣檢測(cè)、深度學(xué)習(xí)算法等，有望引起化學(xué)、物理學(xué)、傳感分析、工程學(xué)以及人工智能領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。更重要的是，這項(xiàng)工作中以光學(xué)探針為核心開發(fā)的便攜器件展示出在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力，如危化品儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的預(yù)警和及時(shí)處置、公共安全事件的有效防范、環(huán)境敏感物質(zhì)原位檢測(cè)等。
 

　　相關(guān)研究成果以“Electrophilicity Modulation for Sub-ppm Visualization and Discrimination of?EDA”為題發(fā)表于國(guó)際知名期刊Advanced Science，石河子大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生趙浩為第一作者，石河子大學(xué)唐輝教授、中國(guó)科學(xué)院新疆理化所劉媛研究員和竇新存研究員為通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、新疆自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、新疆科技廳天山創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
 

　　圖1 圖文摘要：以探針雙識(shí)別位點(diǎn)的親電性為度量標(biāo)準(zhǔn)，在廣泛有機(jī)胺類物質(zhì)中可視化識(shí)別出具有細(xì)微親核差異的乙二胺和肼
 

　　圖2 (a)雙親電位點(diǎn)探針設(shè)計(jì)及對(duì)乙二胺和肼的同步光學(xué)響應(yīng)；(b)基于深度學(xué)習(xí)算法的痕量乙二胺和肼的有效區(qū)分識(shí)別；(c)便攜式傳感器件用于多場(chǎng)景下固液氣樣品中乙二胺的準(zhǔn)確識(shí)別