有机-纳米比率荧光探针的设计与合成及其对氮氧化物NOx的可视化检测

As one of the major air pollutants, nitrogen oxides (NOx) not only lead to photochemical smog, but also can combine with water in the air to form acid rain, damaging the environment. Therefore, it has important scientific significance and application value to develop a new analytical method for NOx. We are devoted to design high sensitivity of fluorescence sensor for oxidative NOx (NO2 or N2O3. et al.,) and proposed to synthesize C=N isomerized organic fluorescent molecular, then chemically bonded to the surface of the inorganic nanoparticles, forming the internal standard ratio fluorescence probe system: (1) Design C=N isomerized organic fluorescent molecular which can rapidly react with nitrogen oxides, based on the specific oxidation reaction between the nitrogen oxides and C=N bond; (2) Study the method and principle for the assembly of organic fluorescent molecular and inorganic nanoparticles, and explore the relationship between its structure and performance, forming the ratio fluorescent probe to visualize the detection of NOx gas; (3) Further explore highly selective, ultra-sensitive and portable NOx analysis methods, to establish the rapid instant detection technology for NOx. This project provides a new approach for the detection of NOx in the atmosphere environment, which is of great significance in promoting air pollution prevention and real-time monitoring of the air quality.

作为一类重要的气态污染物，氮氧化物NOx不仅导致光化学烟雾，也会引发酸雨，破坏环境。因此发展其新型的分析方法具有重要的科学意义和应用价值。本项目拟针对具有氧化性的NOx（NO2或N2O3等）超灵敏高选择荧光分析，合成几种碳氮双键异构化的有机荧光分子，并以共价键合的方式组装到参比信号的无机纳米点表面，构成内标式的有机-纳米比率荧光体系：（1）利用氮氧化物与碳氮双键的特异性氧化反应，设计一类能够与NOx快速计量反应的碳氮双键异构化的有机荧光体；（2）研究有机荧光体与无机纳米点之间组装的新原理新方法，探索其结构与性能的关系，建立内标式比率荧光探针，实现对NOx气体的可视化检测；（3）进一步探索高选择、超灵敏、操作简易的NOx便携式分析手段，建立NOx的现场快速检测技术。本项目的完成将为大气环境中NOx现场快速分析提供新手段，对推动大气污染防治和实时监测空气质量具有重要的意义。

荧光传感器因其设计简单，合成方便，成本低，能够快速地、选择灵敏性检测目标测分析物，而被广泛地应用在生命科学，材料科学，环境检测，生化传感，生物成像，免疫分析，医学诊断等众多研究领域。本项目中，基于荧光分析传感的方法以环境小分子污染物中的硫化氢(H2S)，重金属汞离子(Hg2+)、次氯酸（HClO）和生物分子DNA为敏感检测目标，开展了以下研究工作：.(1)我们设计了一种turn-on增强型的丹磺酰氯铜金属配合物荧光探针，通过荧光开关机制，实现了对H2S的分析检测。由于S2-与Cu2+之间具有很强的亲和性，会形成的硫化铜沉淀，非常稳定，从而释放出Cu(Ⅱ)金属配合物有机荧光体，配体的荧光就会恢复。达到检测H2S的目的。我们研发了针对硫化氢污染气体的指示小瓶，可以快速可视化检测H2S气体，检出限为0.5 ppm，对大气中的其它污染气体有很好的抗干扰性。.(2)碳纳米点(Carbon nanodots，CDs)粒径通常小于10 nm，主要由sp2/sp3碳和氧/氮基团构成，是一种具有荧光特性的碳基颗粒。本项目选用廉价易得的维生素C(Vitamin C，Vc)为碳源，以聚乙烯亚胺( Polyethyleneimine，PEI)为氮掺杂剂通过一步水热法合成了一种环境友好的，新型碳纳米点荧光探针( PEI-Vc CDs)。利用Hg2+对PEI-Vc CDs的选择性猝灭效应，建立了检测Hg2+的方法。.(3)上述所制备的碳纳米荧光探针，通过调节聚乙烯亚胺与抗坏血酸的摩尔比为0 .05～1:1，探针对次氯酸也有响应，将探针溶液滴加在规则的滤纸上(直径为0.6 mm的圆形滤纸片)，多次重复干燥，在紫外灯的照射下得到蓝色的次氯酸检测试纸。大大避免了大型仪器的使用，只需一个手持式紫外灯就可进行HClO可视化检测。.(4)通过设计锁式探针和回文发卡探针两种寡核苷酸，创新性地建立了DNA组装和崩塌的双向循环过程。这个过程由目标DNA与PP结合引发的RCA反应以及PHP与RCA产物复合物在回文结构辅助下的SDA反应驱动，促使DNA网状组装体的周期性构建和崩塌。在经历多轮周期性扩增后，该检测体系可获得较大幅度增强的荧光信号，从而具备了在简单缓冲液乃至复杂人体血清、唾液和尿液中都可直接地、灵敏地检测目标DNA的能力。