痕量冰毒检测用荧光共轭聚合物的点击化学合成方法及传感性能研究

冰毒 (MA)的滥用给人类健康和社会治安造成了极大危害。现有检测手段如气质连用、液相色谱、免疫等方法远不能满足现场快速检测的需要。荧光共轭聚合物（FCP）传感器具快速响应和特异、灵敏等优点，但繁琐的合成限制了其应用。本课题拟通过"点击化学"反应将小分子传感单元铆接到骨架高分子（SCP）上，快速形成FCP。与MA作用时，传感单元作为捕光天线捕获MA，并与SCP发生诱导电子转移或能量交换，SCP则可充当分子导线传导并放大信号，实现对MA的选择性灵敏识别。研究内容包括：根据MA的能级结构优化传感单元的结构，探索利用点击反应构建FCP的最佳条件；多维有序及高比表面的传感薄膜的构建及其聚集态结构的研究；非均相条件下，FCP与MA作用的传感机理及动力学过程研究。本项目的实施可避免FCP逐一合成的模式，丰富FCP传感器的种类和质量，为毒品检测提供更好的检测手段，并为点击化学理论的完善提供理论和实验支持。

甲基苯丙胺，俗称冰毒，作为一种新型毒品，对其进行检测和实时监控的重要性是不言而喻的。目前常用检测手段有质谱、色谱及电化学分析等，而荧光传感器虽具有成本低，响应快，检测灵敏等特点，但鲜有人将其用于甲基苯丙胺气体传感。本项目中根据甲基苯丙胺的化学结构特点，即既含有芳环结构又含有仲胺结构，进行了创新性的分子设计，利用多种识别机制对甲基苯丙胺进行识别，取得成果如下：（1）首次提出了利用噻吩单元与甲基苯丙胺络合诱导分子内重原子效应减弱，进而使传感分子的荧光增强的一种全新的传感机制，采用荧光信号的“turn-on”模式实现了对甲基苯丙胺的灵敏检测，检测限可达ppm级别；（2）利用光致诱导电子转移机制，根据甲基苯丙胺的能级，调整分子能级结构，合成了受体型荧光共轭聚合物，采用信号“turn-off” 模式实现了对甲基苯丙胺的选择性检测，检测限达ppm级别；（3）发现一类新型化学反应即仲胺可以在室温下快速催化芳香硼酯的光氧化反应。据此我们采用含有芴，咔唑等官能团作为荧光母体，修饰以氟硼吡咯生色团，并用芳香硼酯作为活性基团。开发了一类可以快速检测包括甲基苯丙胺在内的仲胺分子的荧光传感探针，检测限为ppb-ppm级。（4）提出了利用静电作用等弱相互作用对溶液中甲基苯丙胺检测的新思路。(5) 发现了一种可在固相-气相界面发生的由伯胺参与的新反应，并利用这个反应制备了高效伯胺传感探针。(6) 设计合成了一类星型枝状分子，并结合多枝化协同效应和纳米基底的应用实现了对苯胺的高灵敏检测，检测限可达ppt级。(7) 选取自组装氧化锌纳米阵列作为光学基底, 该阵列中的锥形纳米棒集中了单根纤维和纳米簇的优点，拥有单一的取向，大的比表面积，快的传播速度与快速俘获被检测物的特性，因此可以大幅度改善传感材料的传感性能。将各式传感材料涂覆在氧化锌纳米阵列时，各种材料均表现出强的自发放大辐射现象，荧光强度呈数十倍增加，而且与被分析气体接触时，传感速率增强，满载时间也变长。.总之，该项目的实施不仅为甲基苯丙胺的现场和快速检测提供更加简便、高效和灵敏的传感材料，同时创新性地提出了多种用于甲基苯丙胺检测传感机制，更是制备了纳米结构的高比表面光学基底，为甲基苯丙胺的传感提供了高性能的原型器件。相关研究工作申请中国发明专利3项（2 项已授权），在国际知名杂志发表研究论文7 篇。