中国科学院新疆理化所窦新存团队Coordination Chemistry Review：纤维素基荧光化学传感器

近年来，环境高响应传感材料因其高灵敏度、高选择性的分析特性和无需仪器辅助的便携式应用而备受瞩目。同时，随着可持续发展理念的深入，探索和开发可替代石油基产品的生物聚合物多功能材料，吸引了研究者的广泛关注。作为地球上最丰富、应用最广泛的原材料之一，纤维素因其突出的机械强度、良好的生物相容性和可调节的化学结构，已成为智能传感研究中的明星材料。基于化学键合、自组装及配位作用等方式获得纤维素基荧光传感材料，不仅在制备过程中展现出制备简便和成本经济的优势，在实际使用时具备多功能性和安全性，并在使用后的处理中体现出可再生与可生物降解的特性，有效降低了对环境的负担。因此，纤维素基荧光传感材料在可视化传感方面显示出巨大的应用潜力。

近年来，团队在可视化高灵敏、快速、识别有害化学物质方面长期攻关中发展了系列纤维素基荧光传感的解决方案（ Adv. Mater . 2023 , 35, e2300526； Anal. Chem . 2022 , 94, 33, 11679; Adv. Sci . 2020 , 7, 2002991; Adv. Opt. Mater . 2020 , 8, 2000524; Anal. Methods 2022 , 14, 4485）。

基于以上研究，团队在化学领域权威综述期刊Coordination Chemistry Reviews上发表题为“Cellulose-based fluorescent materials for chemical sensing applications”的综述文章（10.1016/j.ccr.2025.216505）。中国科学院新疆理化所为唯一完成单位，助理研究员刘亚丽为第一作者，祖佰祎研究员和窦新存研究员为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、国家博士后科学基金、中国科学院青促会、新疆天山创新团队、新疆天池博士人才引进等项目资助。

基于前人的工作和我们实验室的研究，本文从纤维素衍生荧光传感材料的构建、性能分析和利用从纤维素及其衍生物的结构及特征、纤维素基荧光材料的制备策略、纤维素及其衍生物在荧光传感材料中的作用及纤维素基荧光材料的传感应用等方面，回顾了过去二十年来发表的纤维素基荧光材料的制备和应用进展的工作，总结了基于纤维素制造荧光传感材料的策略，重点介绍了这些材料的性能和应用。

Fig. 2. Fabrication and application of cellulose-based fluorescent assembly materials.

纤维素是自然界中分布最广泛的可再生生物质资源之一，得益于良好的生物相容性、结构可设计性和优异的机械性能，纤维素是荧光传感的理想平台。为了促进纤维素在荧光传感中的应用并扩大其多功能性，通过功能化和改性开发了各种具有独特物理化学性质的纤维素衍生物。值得一提的是，基于其独特的纳米尺寸和良好分散性，纳米纤维素作为纳米模板，与荧光分子、荧光纳米颗粒和荧光金属有机框架（MOFs）等荧光物质组装构建荧光传感材料，极大改善了荧光纳米颗粒的分散性，提高了荧光传感材料性能的均匀性和稳定性。

Fig. 3. Cellulose and its hierarchical, simulated morphological and derivatized structures.

纤维素链上丰富的-OH基团促进了纤维素与各种官能团和荧光基团的组装，从而保证了各种纤维素衍生荧光材料的制造。常见的方法是通过氢键、范德华和静电力等物理相互作用实现荧光物质的负载。近年来，化学修饰在赋予纤维素荧光功能方面受到了更多关注，主要有以下三种方式：（i）通过共价键或交联反应将荧光功能物质诱导到纤维素表面。（ii）通过在纤维素表面引入活性基团（如酰胺基团、氨基、醛基等）来形成荧光传感材料，以实现与荧光功能物质的特异性相互作用。（iii）基于纳米纤维素的纳米模板效应和表面活性，原位合成纳米颗粒或MOFs，获得纤维素基荧光材料。此外，原位微生物合成制备具有非天然特征荧光的功能性细菌纤维素是一种新兴的策略，与传统改性方法相比，它具有环境友好、材料性能优异、合成可控、经济高效等优点。