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吉大团队打造新型荧光探针，肉眼即能看到荧光颜色变化，可极大提升毒品缉查效率

DeepTech深科技 · 公众号 · 科技媒体 · 2025-01-09 20:55

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近日，吉林大学张明教授团队设计并合成两个新型荧光探针（PyDPA 和 PyDMA），该系列探针首次将氢键诱导的分子内电荷转移调控的工作机制应用到冰毒的荧光检测领域，对冰毒的检测展示出少见的荧光颜色变化（从蓝色到青色），这种明显的颜色变化使检测结果可以直接通过肉眼看到而不需要借助仪器。

图 | 张明（来源：张明）

此外，基于 PyDPA 和 PyDMA 制备的薄膜荧光传感器对冰毒、脂肪胺、芳香胺具有不同模式的响应，实现了对冰毒的特异性识别。

这种仅用单一探针就能构建传感器阵列的设计思路极大降低了传统传感器阵列的复杂性和制备成本。

实际上，PyDPA 和 PyDMA 对冰毒、脂肪胺、芳香胺的差异化响应来自于两种机理的协同作用。其中，包括氢键诱导的分子内电荷转移调控，以及冰毒蒸气诱导的薄膜传感器聚集态的变化。

（来源：Nature Communications）

该团队曾在讨论时这样类比：传统单一机制的探针设计如同“一条腿走路”，尽管能够达到一定的检测目标，但在复杂的检测环境下往往显得步履维艰。

而通过引入双机理协同作用，相当于在检测领域内建立了“两条腿走路”的新范式。课题组表示本此工作中设计的检测设备的概念，未来有望落实到可以规模化生产的产品上。

这些产品可以配备在现场执法的移动单元中，尤其是在海关、火车站、地铁站、快递站、娱乐场所等涉及人员流通、中转和潜在毒品使用的场所，实现实时、快速的检测。

进一步，这些产品还能应用到民众的日常生活中，通过对安全管理人员进行统一培训，制定标准化的操作指南，让他们能够熟练掌握该检测系统的操作方法，实现毒品缉查的日常化。

为进一步提高毒品监控网络的覆盖面，还可以将配备有本探针技术的检测设备联网，形成智能化毒品监测系统。一旦设备检测到毒品相关信号，系统会自动将数据上传至云端分析中心并向相关执法部门发出警报。

未来，如果本技术能从实验室走向实际应用，将能够有效协助有关部门打击毒品犯罪，实现更广泛的社会价值和经济效益。

（来源：Nature Communications）

全球有近 3 亿人在非法使用毒品，禁毒、缉毒工作任重道远

每个人都知道毒品的危害，但是当张明教授看到联合国毒品办发布的《2023 年世界毒品报告》中报道全球有近 3 亿人在非法使用毒品，依旧感到相当震撼。

打击毒品走私，最有效的方法就是及时发现流通中的毒品，这样才能真正地掐断毒品的传播。目前对毒品的现场筛查最常见的是缉毒警察和缉毒犬。

但是随着科技的发展，贩毒分子也将一些科技手段运用到贩毒藏毒中，他们会通过陆、海、空、邮等方式全方位走私毒品，隐蔽性极强，因此禁毒、缉毒工作的挑战亦是越来越大。

而其他的一些传统的检测方式如色谱法、尿检卡等方法基本都是对“终端”毒品的检测。因此，如果能够开发出像缉毒犬一样可以准确、快速地鉴定流通中的毒品的检测方法，那将极大提升禁毒、缉毒的效率。

张明及其团队从事有机荧光传感材料的开发和功能优化的工作已经将近 20 年，这些年来一直致力于危险品的现场荧光检测。

荧光检测技术有着独特的优势，比如操作简单、响应迅速、灵敏度高，而且非常适合开发小型化设备。2018 年，该团队实现了针对硝基类爆炸物的手持探测仪的成果转化，所开发的手持探测仪已被成功用于许多大型集会场所。

这一成果转化之后他们就一直想实现对合成毒品的荧光检测。因为在现有的毒品市场中，合成类毒品已经成为主流。而在合成类毒品中，冰毒（甲基苯丙胺）由于合成工艺相对简单、原料易得，是滥用程度最严重的毒品之一。

由于该团队对有机胺类检测有一定的研究基础，所以就开始了对合成毒品，尤其是冰毒的荧光检测研究。

使用荧光技术检测毒品这条路很艰难，自 2012 年国内有相关报道后，很多研究者投身这个领域，但进展却一直不尽如人意。

该团队认为主要的瓶颈在于冰毒的化学结构很特别。它是脂肪胺和芳香胺的结合，但它既没有脂肪胺那么强的亲核性，电子轨道的能级也不像芳香胺那么高，这就很难设计出一种探针分子能够同时排除脂肪胺和芳香胺类的干扰。

此前，很多研究者开发了基于光诱导电子转移机制的荧光分子，通过荧光亮度的变化来检测毒品。然而在实际应用中，亮度变化非常容易受到外界干扰，这严重影响了检测的准确性。

而要克服这一缺陷，他们认为比率型响应的荧光探针是一个有效的解决方法，因此本次工作致力于解决以下这两个关键问题：

其一，如何在高度类似的结构中区分冰毒及其干扰物；其二，如何开发具有更高准确度和抗干扰能力的比率型荧光探针。

（来源：Nature Communications）

既能区分冰毒又具备抗干扰能力

前期，他们对冰毒的研究基础很薄弱，团队的固有思路也限制了研究进展。一开始他们一直盯着冰毒的电子性能，一直用单一机理进行检测，所以推进得很缓慢。

慢慢地，在实验中他们发现一些用单一机理不能解释的实验现象，尤其是一些选择性实验的结果更是支持了这一猜想。

因此，张明教授及其团队成员一致认为利用荧光探针分子间的作用来实现冰毒的比率型检测具有巨大潜力。在反复实验后，他们发现这一方法也存在较多限制。

2019 年，团队的博士生刘广娟研究了冰毒蒸气对激基复合物给受体之间电子转移的影响，并尝试利用这一机制区分冰毒与其它干扰物。

实验过程比较曲折，经过 2 年多的尝试和验证，刘广娟成功证实了利用荧光探针分子间的作用可以实现冰毒的比率型荧光检测，这为后续研究奠定了理论基础与实验基础，也是整个课题发展中最重要的一步。

2021 年，团队的的另一位博士生苗辛和吴春晓在胺类化合物检测领域取得了一些进展，她们所设计的识别位点不仅能够检测胺类化合物，还能够区分一级胺、二级胺、三级胺及芳香胺。

基于这些经验，该团队开始针对冰毒的特性设计全新的荧光探针分子。后来，博士生苗辛通过反复调整、优化，合成了一系列高性能荧光分子，筛选出了既能区分冰毒又具备抗干扰能力的材料。

为了扩大研究成果的实用性，该团队做了一些应用尝试，比如研发半定量检测卡和概念化的便携设备。最后应审稿人和编辑的要求，最后，他们还验证了该技术对缴获的真实冰毒样品的检测有效性。

日前，相关论文以《比率荧光探针用于可见检测并准确识别 MPEA 蒸气》（Ratiometric fluorescence probes for visible detection and accurate identification of MPEA vapor）为题发在 Nature Communications[1]，苗辛是第一作者，张明担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Nature Communications）

张明教授表示，为了完成本次研究她曾去中国刑事警察学院检测真实冰毒样品。那是她第一次见到真实的冰毒——就像一块“冰糖”。

实验中，他们还见到了许多其它种类的毒品。最让张明教授震惊的，是一种伪装成“邮票”的新型毒品。

刑事警察学院的负责人告诉她，这种毒品通过附着在邮票上，舔舐就能达到兴奋效果，这让张明教授不禁感叹毒品伪装手段之猖狂，也让其认识到毒品检测的工作真是“任重而道远”。

因此，下一步她和团队计划继续深挖该研究中的识别位点和机制，聚焦于新型材料的开发，力求进一步提升检测的灵敏度。

同时，为了将概念设备从实验室原型转化为实际应用，他们正积极寻找可以长期合作的伙伴，以推动成果转化。

参考资料：

吉大团队打造新型荧光探针，肉眼即能看到荧光颜色变化，可极大提升毒品缉查效率

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