让毒品无处可藏！吉林大学张明团队用一抹荧光发Nature Communications

目前，毒品的伪装能力早已超越了许多人的想象。从传统的“白粉”、“冰糖”、“彩色小药丸”到现如今变装的“果冻”、“邮票”、“咖啡粉”等新式伪装，这些看似“无害”的伪装在黑暗角落中威胁着社会安全。

那问题来了：毒品如此“善于伪装”，该如何精准识别它呢？

近日，吉林大学张明教授团队开发了一种全新的荧光探针，能够让毒品的挥发物“现出原形”，并且肉眼就能看到它的变化。简单来说，不管毒品藏得多隐秘，它的气味却无处可逃！

根据中国禁毒办发布的毒情形势报告，去年全国共破获毒品犯罪案件4.2万起，缴获毒品25.9吨，较2022年分别增长12.6%和18%。与此同时，不法分子对现代技术手段的应用愈发娴熟，走私渠道日益多样，毒品伪装能力越来越强，这些因素显著增加了发现和打击毒品犯罪的难度。尤其是在流通环节中，毒品检测的时间窗口极短，检测手段的精准度和便携性成为亟待解决的关键问题。

针对这一问题，受到嗅毒犬对毒品气味识别的启发，吉林大学的张明团队设计开发了一种非接触式荧光探针（PyDPA和PyDMA），该探针通过比率型和多模式荧光响应实现了冰毒及其模拟物MPEA蒸气的快速视觉检测和准确识别；同时团队还引入智能设备构建了适用于现场的半定量和全定量便携式检测平台。此外，研究结合实验数据及飞秒-瞬态吸收光谱详细分析了氢键诱导的荧光探针分子内电荷转移（ICT）调控和薄膜传感器聚集态改变之间的协同作用。该工作以题为“Ratiometric fluorescence probes for visible detection and accurate identification of MPEA vapor”的论文发表在《Nature Communications》。

分子设计和传感性能

该团队前期工作已经证明，二苯基吖啶为识别位点的荧光探针可以与胺形成不同强度的氢键，引起一级胺、二级胺与三级胺的差异化的响应，将检测范围缩小至MPEA所属的二级胺（图1a）。在本工作中，团队通过进一步调控受体基团，得到一组在聚集态下具有激基缔合物（excimer）特征发光的荧光探针。研究结果表明，这一独特的激发态特性赋予了探针多模式响应的能力，其中MPEA表现出不同于其他化合物的双峰增强响应和青色的荧光发射（如图1c）。

图 1荧光探针设计和效果示意图

图2展示了探针对各种潜在干扰物在420nm和520nm处的荧光强度变化，结果显示MPEA在420/520nm两个波长处均具有最强烈的荧光强度变化；随后该团队将探针表现出的响应构建了三元数据矩阵进行主成分分析（PCA），以其中两个显著因子构建PCA图，其中MPEA被分在单独的椭圆簇，置信区间为95%；即使使与MPEA结构非常相似的胺，如苯胺、苄胺或二乙胺，也可以很显著地与MPEA区分开。

图 2 荧光模式对MPEA的特异性识别

该项研究还对传感器的灵敏度、响应时间、传感范围、稳定性和再生能力等关键性能指标进行了全面的分析。结果表明，PyDPA和PyDMA对MPEA的响应在一分钟内达到稳定；荧光颜色由蓝色变为青色；以520nm和420nm处荧光强度比值为纵坐标，PyDPA和PyDMA计算得到检测限分别为0.06ppm和0.17ppm。另外，所开发的荧光薄膜传感器具有惊人的可逆性，在连续测试15个循环之后仍然保持70%以上的荧光信号，显著降低了荧光薄膜传感器的使用成本。

图 3 PyDPA/PyDMA对MPEA蒸气的传感性能

便携式检测平台

为了方便禁毒部门在现场快速确认毒品并及时取证，团队开发了一系列便携式检测方法。图4展示了一个类似于pH试纸的校准卡——将制备的薄膜传感器暴露于已知浓度梯度的MPEA蒸气中，捕捉其荧光颜色变化。用户可通过简单的颜色判断初步评估毒品浓度。进一步，为提升低浓度下颜色辨别的准确度，团队开发了基于智能手机的定量检测平台。该平台通过手机提取并分析薄膜传感器颜色变化，将人眼感知的颜色差异量化为具体的数值（用ΔE表示），并在0-0.32 ppm范围内建立了ΔE与浓度之间的线性工作曲线。用户只需用手机拍摄薄膜传感器的颜色变化，平台即可自动分析ΔE值，并根据工作曲线按精确计算毒品浓度，最终将结果显示在手机屏幕上。该方法效突破了传统定量检测对荧光光谱仪的依赖，成功开发具有现场高精度、便携性和现场适用的MPEA检测平台。团队还与中国刑事警察学院合作，验证了该技术对真实缴获冰毒样品中的应用可行性。

图 4 基于PyDPA/PyDMA薄膜传感器开发的便携式半定量/定量检测方法

双机理协同作用机理研究

最后，团队通过核磁滴定验证了作用方式，并通过理论计算和飞秒-瞬态吸收深入解析了发光过程变化的机理。结果表明，二苯基吖啶与MPEA之间形成的氢键会诱导PyDPA/PyDMA的ICT弛豫，导致带隙变窄并引发荧光红移现象，对应520nm处荧光增强。为揭示excimer在传感过程的贡献，团队分析了探针作用前后荧光衰减曲线饿荧光寿命的变化，得到的结果证明420nm处荧光增强是由excimer向monomer的转变引起的。

图 5 传感机理研究

综上所述，这项研究通过快速、可视化及特异性识别，为冰毒的荧光检测带来了性能上的突破，其双机理协同传感机制突破了该领域分子设计的瓶颈，为未来的分子设计提供了新的思路。此外，通过引入现代技术手段，该技术从实验室成功迈向实际，为现场执法、边境安检、物流监管等应用提供了高效工具。未来，这一技术有望进一步进入市场，用于筛查伪装在食品和饮料中的毒品，为公众安全提供更有力的保障，使毒品无处遁形。

来源：高分子科学前沿

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