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近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體物理研究所能源材料與器件研究部蔣長龍研究員團隊在多場景熒光實時檢測方面取得新進展。該團隊將上轉(zhuǎn)換光學(xué)探針嵌入三維多孔水凝膠中，設(shè)計并制備了一種可逆水凝膠傳感貼片，并將其與智能手機的顏色識別功能相結(jié)合，實現(xiàn)了對甲基乙二醛的現(xiàn)場快速檢測和分析。相關(guān)研究成果發(fā)表在Analytical Chemistry上。

甲基乙二醛是一種二羰基有機化合物，廣泛存在于葡萄酒的發(fā)酵和儲存過程以及人體糖酵解代謝中。在葡萄酒中，過量的甲基乙二醛會導(dǎo)致口感不佳，如粗糙、酸澀等；而在人類代謝中，作為糖酵解的副產(chǎn)物，甲基乙二醛的濃度升高會增加糖尿病的患病風(fēng)險。因此，開發(fā)可靠、靈敏且實時的檢測方法用于監(jiān)測甲基乙二醛濃度，不僅對葡萄酒風(fēng)味的標準化控制具有重要意義，也對糖尿病患者的飲食管理起到關(guān)鍵作用。

三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠以其優(yōu)異的拉伸性和生物相容性受到廣泛關(guān)注。然而，目前大多數(shù)熒光水凝膠依賴短波長激發(fā)光源，容易受到生物樣品自發(fā)熒光和背景熒光的干擾。相比之下，上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNPs）憑借其出色的消除背景熒光干擾能力，在提高檢測靈敏度方面具有顯著優(yōu)勢。

鑒于此，研究團隊開發(fā)了一種基于上轉(zhuǎn)換光學(xué)探針的可逆水凝膠傳感器。該探針由上轉(zhuǎn)換納米粒子和修飾的曙紅B（mEB）組成，通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）機制實現(xiàn)甲基乙二醛檢測。當(dāng)甲基乙二醛與mEB發(fā)生反應(yīng)后，上轉(zhuǎn)換熒光會從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，從而實現(xiàn)對甲基乙二醛的精準熒光檢測。在此基礎(chǔ)上，團隊進一步將探針嵌入水凝膠中，研發(fā)出可逆水凝膠熒光傳感器，并利用3D打印技術(shù)構(gòu)建了便攜式傳感平臺。

研究結(jié)果表明，上轉(zhuǎn)換熒光探針和水凝膠傳感器的檢測限分別達到59 nM和75.4 nM。所設(shè)計的傳感貼片為葡萄酒生產(chǎn)中風(fēng)味標準化控制以及糖尿病患者健康監(jiān)測提供了創(chuàng)新而有效的解決方案。

上述研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省重點研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05178

圖1. 基于上轉(zhuǎn)換探針的水凝膠傳感貼片的設(shè)計制備及其傳感響應(yīng)機制。

圖2.水凝膠傳感貼片對于甲基乙二醛的可逆檢測。