新疆理化所的比色传感研究为高性能传感器件的发展奠定基础

【仪表网 仪表研发】比色法是通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法。这是利用有色物质对特定波长光的吸收特性来进行定性分析的一种方法，其原理是基于被测物质溶液的颜色或加入显色剂后生成的有色溶液的颜色，颜色深度和物质含量成正比，则根据光被有色溶液吸收的强度，即可测定溶液中物质的含量。

灵敏且稳定的比色技术发展对现场快速检测具有重要意义，是分析化学领域具有挑战性的难题。中国科学院新疆理化技术研究所爆炸物传感检测团队长期致力于痕量危化品检测原理研究，在危爆品、特别是非制式爆炸物探针的承载介质设计、比色逻辑门器件设计、多目标比色试剂成分的稳定共存方面发展了新的系列解决方案(Mater. Horiz., 2020, 7, 3250-3257、Cell Rep. Phys. Sci., 2021, 2, 100317、Anal. Chem., 2020, 92, 13980-13988等)。

近期，团队在稳定灵敏化学比色传感方面取得进展，以尿素为目标物，以对二甲氨基肉桂醛探针为例，提出了一种涉及疏水屏蔽和亲水键合溶剂笼的溶剂诱导策略，有效促进了探针中的竞争性离域电荷转移，并通过对尿素的稳定、高灵敏、可视化传感实现了原理验证。

研究人员从溶剂这一化学比色反应的惯用介质出发，将实验与量子化学和分子动力学相结合，探究了溶剂与探针活性、构型分支比之间的内在联系。其中，比色检测和固液反应模式为评价反应稳定性和界面传质过程提供了直观窗口，对二甲氨基肉桂醛探针的不稳定性为验证溶剂诱导效应对稳定性调控的有效性提供了理想的溶质模型。

烷基部分的疏水屏蔽和多羟基部分的亲水键合之间的协同效应，促进了探针的离域电荷转移并提高了检测体系的粘滞阻力，使得分子的高活性构型得以稳定存在，保障了传感单元对传感信号的有力限域和持久有效。

在此基础上，团队开发的XJ-TW-010爆炸物气氛探测仪有效验证了所提出的溶剂诱导策略对现场、快速和稳定比色检测尿素的适用性，实际检测能力达纳克水平，室温连续有效传感时间长达两周。该研究在分子层面原理探究方面的尝试有望为准确、可靠的化学传感方法设计提供新思路，为高性能传感器件的发展奠定基础，并为单分子层面调控分子构型提供借鉴。

相关研究成果发表于美国化学会《分析化学》(Analytical Chemistry)。研究工作得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、中科院“西部之光”人才培养计划、中科院“从0到1”原始创新项目及新疆维吾尔自治区等的资助。

关键词： 有色物质 电荷转移 对二甲氨基肉桂醛