基于ICT的萘酚基D-π-A型比色/荧光探针构筑及其对次氯酸盐的可视化检测性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21904140
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is of great significance for homeland security to realize the rapid and trace identification of hypochlorite in liquid and particulate states, considering hypochlorite is one of the common raw materials for improvised explosives. However, most probes reported so far for specific detection of hypochlorite in organisms or drinking water are suffering from limited sensitivity, low molar absorptivity, long response time and complicated multi-step synthesis. In our previous work, the D-π-A structure within the chromophore molecule was found to be favorable for hypochlorite in terms of lowering the detection limit and speeding the response. Therefore, a serial of colorimetric-fluorescent probes with D-π-A structure are proposed here, in which the naphthol electron donating group and the cyano-containing electron accepting group is linked by an unsaturated double bond featuring the active site during detection. The designed probes are supposed to have increased molar absorption coefficient and fluorescence intensity for improving the detection sensitivity of hypochlorite. For the purpose of rapid and trace detection, the colorimetric-fluorescent sensing fiber membrane with high porosity will be prepared to achieve enlarged specific surface area. Finally, the detection of hypochlorite solid particles will be enabled by the introduction of the hydrogel substrate. Furthermore, the response mechanism of probes towards hypochlorite will be determined, while the effects of the electron-withdrawing strength of electron acceptors and the structure of fiber membranes on the the hypochlorite detection performance will be explored. This research will open up a new way to prepare colorimetric-fluorescent sensing materials for the highly sensitive, fast, trace, and visual detection of hypochlorite.
次氯酸盐是非制式爆炸物原料之一,实现对其液体及固体颗粒的快速、痕量识别对维护国家公共安全至关重要。目前,针对生物体或饮用水中次氯酸盐的检测研究较多,但存在检测限差,摩尔吸光系数低,响应慢且需多步合成等缺点。我们前期工作发现具有D-π-A结构的生色团对于次氯酸盐的检测具有检测限低、响应快的优点。因此,本研究拟通过以萘酚为电子给体,含氰基吸电子基为电子受体,C=C双键为活性位点的D-π-A型比色-荧光探针结构的设计,增加摩尔吸光系数及荧光强度,提高次氯酸盐检测灵敏度;通过制备孔隙率高的比色-荧光传感纤维膜,提高材料比表面积,达到快速、痕量检测的目的;通过水凝胶基底的引入,实现对次氯酸盐固体颗粒的检测。深入探讨探针对次氯酸盐的响应机理;进一步阐明电子受体的吸电子强弱及传感纤维膜结构对次氯酸盐检测性能的影响机制。此研究将为制备高灵敏、快速、痕量、可视化检测次氯酸盐的比色-荧光传感材料开辟新途径。

结项摘要

次氯酸盐、高锰酸钾等是重要的非制式爆炸物原料,实现对其液体及固体颗粒的快速、痕量识别对维护国家公共安全至关重要。本项目从探针分子设计、传感材料制备、传感元件构建入手,主要开展了三个方面的研究内容:1)提出了比色/荧光探针分子设计策略,揭示不同探针分子结构对检测性能的影响,实现对次氯酸盐等非制式爆炸物的检测;2)提出了比色/荧光纤维膜等传感材料构建策略,揭示传感材料结构对可视化检测性能的影响机制,实现对目标物的高灵敏检测;3)提出了比色人工嗅觉系统构建策略,突破了传感基底稳定性差的难题,为非制式爆炸物探测仪研制提供了核心技术。.取得了四个方面的重要结果和关键数据:1)通过调控识别位点位置和数量,获得了萘酚基比色-荧光探针,对次氯酸盐的响应时间<3s,检测限最低至9.086nM;水杨酸基比色探针对次氯酸盐的响应时间<10s,检测限为25.36nM;构建了香豆素基探针实现了对非制式爆炸物高锰酸钾的荧光点亮检测,检测时间<3s,检测限为0.95nM;2)提出了降维限域概念,构建了聚乙烯醇(PVA)凝胶纸,与滤纸检测效果相比,其对固体颗粒的信号强度平均增强了5.6倍,对液体的信号强度平均增强了3.3倍,检测时间从42s缩短到1.7s;3)首次构建比色人工嗅觉系统,实现了对空气中次氯酸盐等悬浮非制式爆炸物颗粒的定性检测,响应时间小于1s,检测限达到pg级;4)提出了YES/NO比色逻辑门的判别模式,实现了对黑火药、硝酸脲和硝铵等非制式爆炸物混合物的精准判别。.项目发表SCI论文4篇,授权中国发明专利6项,申请中国发明专利3项;协助培养硕/博士研究生3名,1人获中国科学院院长优秀奖,1人获中国科学院朱李月华优秀博士生和中国科学院优秀毕业生。项目负责人晋升副研究员,2020年获自治区科技进步一等奖(9/12)和中国仪器仪表学会科技进步二等奖(5/15),2022年入选天山英才-青年拔尖人才。.本项目为制备高灵敏、快速、痕量、可视化检测次氯酸盐、高锰酸钾等非制式爆炸物的比色-荧光传感材料开辟了新途径。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(10)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
A Colorimetric Artificial Olfactory System for Airborne Improvised Explosive Identification
用于机载简易爆炸物识别的比色人工嗅觉系统
  • DOI:
    10.1002/adma.201907043
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Wang Guangfa;Li Yushu;Cai Zhenzhen;Dou Xincun
  • 通讯作者:
    Dou Xincun
Dimension Confinement Effect Boosted Ultrasensitive Colorimetric Signal Concentrating
维度限制效应增强超灵敏比色信号集中
  • DOI:
    10.1002/adom.202000524
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Advanced Optical Materials
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Wang Peixian;Cai Zhenzhen;Li Jiguang;Li Yushu;Zu Baiyi;Dou Xincun
  • 通讯作者:
    Dou Xincun
Complete Inhibition of the Rotation in a Barrierless TICT Probe for Fluorescence-On Qualitative Analysis
完全抑制用于荧光定性分析的无障碍 TICT 探针的旋转
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.2c02407
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Guangfa Wang;Zhixin Wan;Zhenzhen Cai;Jiguang Li;Yushu Li;Xiaoyun Hu;Da Lei;Xincun Dou
  • 通讯作者:
    Xincun Dou
Colorimetric logic design for rapid and precise discrimination of nitrate-based improvised explosives
用于快速准确辨别硝酸盐简易爆炸物的比色逻辑设计
  • DOI:
    10.1016/j.xcrp.2020.100317
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Cell Reports Physical Science
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Guangfa Wang;Zhenzhen Cai;Xincun Dou
  • 通讯作者:
    Xincun Dou

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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