限域诱导荧光增强的金纳米团簇传感器对体液中毒品的可视化检测

Drug has been a serious threat to human health and social stability. Commonly used chromatographic and immunoassay methods are time-consuming, high cost and complex operation, which is difficult to achieve rapid, low-cost on-site test. In this proposal, aiming at the practical need for fast and sensitive on-site detection of drugs, our strategy is to use 2D exfoliated layered double hydroxide (ELDH) nanosheets to localize Au nanocluster (NC) by virtue of the surface confinement effect, in order to overcome the relatively low quantum yield of Au NC. We will construct Au NC fluorescent portable sensors with high signal to noise ratio to realize the visual detection of trace drugs in body fluid: ① Exploring the interaction mechanism between Au NC and 2D ELDH and its surface and manipulating the ligands, preparing highly-efficient fluorescence enhanced Au NC/ELDH multicolor composite probes, elucidating the regularity of confinement induced fluorescence enhancement; ② According to the principle of resonance energy transfer, designing metal nanostructures matching well with Au NC emission spectrum and specific identification of drug, constructing high signal to noise ratio sensors based on fluorescent “on-off-on” principle, studying the sensitivity and selectivity of the sensors to the drugs in body fluids (urine, saliva, blood); ③ Developing the assembling principle and method of fluorescent nano probes on the substrate, preparing high throughput visualization sensing chip and test paper to realize real-time, in-situ and visualization sensing of multispecies trace drugs. The results of the project will be expected to provide a new way for the rapid on-site and quantitative detection of drugs.

毒品严重威胁人类健康和社会安定。常用的色谱和免疫分析法耗时长、成本高、操作复杂难以实现快速、低成本的现场检测。本项目针对毒品现场快速灵敏检测的实际需求，克服金纳米团簇AuNC荧光量子产率低的难题，拟利用剥离层状双氢氧化物ELDH表面限域诱导荧光增强，构建高信噪比的荧光便携传感器，实现体液中痕量毒品的可视化检测: ①探索AuNC与二维ELDH及其表面的相互作用机制，结合配体调控，制备高效荧光增强的AuNC/ELDH多色复合探针，阐明表面限域增强荧光的规律；②根据共振能量转移原理，设计与AuNC光谱匹配并能特异性识别毒品的金属纳米结构，构建高信噪比的荧光“开—关—开”传感器，研究其对体液（尿液、唾液、血液）中毒品的敏感性和选择性；③发展荧光纳米探针在基底上的组装原理和方法，研制高通量可视化传感芯片和试纸，实现多种痕量毒品实时原位的可视化传感。本项目预期成果将为毒品现场快速定量检测提供新途径。

通过本项目的资助，我们在新型金属纳米团簇的设计、合成及其性质应用方面开展研究工作，获得了一系列高荧光强度的金属纳米团簇，实现了痕量毒品的准确、快速可视化检测。基于荧光金属纳米团簇的独特优势，进一步将其应用延伸至环境污染物的检测、药物的可控释放以及体内外的生物成像中。同时在研究过程中，我们发现原子精确的金属纳米团簇具有超高的催化活性，并且可以作为研究催化机理的模型催化剂，因此，我们也积极探索金属纳米团簇在有机催化和电催化等方面的应用，取得了一些有益的进展。主要内容如下：.1. 利用配体调控策略，获得了2种不同发光特性的铜纳米团簇，并分别结合氧化石墨烯和聚多巴胺纳米球，构建了针对痕量苯丙胺的比率荧光传感器，以及特异性同步识别苯丙胺和氯胺酮的荧光增强型双色传感器，实现了对低浓度毒品的准确、快速的可视化检测。.2. 通过温和还原法，制备了2种高荧光强度的金纳米团簇，其中牛血清蛋白保护的金团簇因耦合银离子可实现其荧光信号的放大，应用在环境中汞离子的宽浓度范围检测。多肽稳定的金团簇可特异性结合万古霉素，实现在细菌内的药物可控传递功能，并可作为温度-荧光传感器实现体内外的生物成像。.3. 此外，金属纳米团簇与载体之间的协同作用使得其在催化领域中展现了优异的特性，如：Au2Pd6/MoS2在电催化析氢反应中表现出增强的催化活性，Pd3/TNT在苯甲醇氧化中的选择性高达100%，Au12Ag32@ZIF-8在苯乙炔与CO2生成苯丙炔酸的反应中的TON高达18164。.截至目前，本项目共发表相关 SCI 论文11 篇，其中JCR一区论文7篇，影响因子 3.0 以上的论文 9 篇，申请专利 2项，在该项目培育下，获得了安徽省科技强警专项资助，进一步与相关企业完成后续成果转化应用。此外，三年来共培养硕士研究生3名，指导4项本科生创新创业实验项目（均为省级项目），10名本科生在该项目资助下完成了本科毕业论文工作。