基于萘衍生聚降冰片烯纳米聚集体的高效选择性硫化氢检测技术及其在环境与生物样本中的应用

本研究开发了新型聚合物传感器NNAP-peg-P和单体传感器NNAPM，实现了在纯水环境和生理条件下对高毒性H2S的高选择性、高灵敏度检测，成功应用于活细胞成像和现场快速检测纸片制备，为环境监测和生物医学检测提供了创新解决方案。

　　

硫化氢（H₂S）作为一种具有中枢神经和呼吸系统抑制特性的高毒性气体，在环境安全和生物医学领域亟需开发高效检测手段。传统检测方法存在选择性差、灵敏度低或难以在生物体系中应用等问题。针对这一挑战，研究人员通过分子设计开发了基于萘衍生物的聚降冰片烯纳米聚集体，实现了对H_{2S的高性能检测。}

本研究采用模块化合成策略构建了单体传感器NNAPM（萘衍生物功能化降冰片烯单体）及其对应的聚合物传感器NNAP-peg-P（聚乙二醇修饰的聚降冰片烯衍生物）。通过核磁共振波谱（NMR）和质谱（MS）确认分子结构，利用动态光散射（DLS）表征纳米聚集体的粒径分布，采用荧光光谱仪进行光谱性能测试，并使用MTT法评估细胞毒性。活细胞实验采用人宫颈癌HeLa细胞系。

传感器设计与光学性能

通过分子设计将萘酰亚胺荧光团与叠氮基团整合到降冰片烯骨架中，构建的NNAPM在DMSO-水（1:1）缓冲体系中与H₂S反应后产生533 nm处的黄色荧光增强信号。聚合物传感器NNAP-peg-P在纯水介质中表现出更快的响应速度和更高的灵敏度。

选择性验证

系统考察了传感器对16种阴离子（包括Cl^-、SO₄^2-等）、生物硫醇（谷胱甘肽GSH、半胱氨酸Cys等）及其他氨基酸的响应特性。结果表明两种传感器均对H₂S表现出高度选择性，其他干扰物未引起显著荧光变化。

细胞成像应用

借助NNAP-peg-P良好的细胞膜渗透性和低细胞毒性（细胞存活率>90%），成功实现HeLa细胞内源性H₂S的荧光成像检测。共聚焦显微镜图像显示传感器能有效定位细胞质区域的H₂S分布。

现场检测装置开发

利用NNAP-peg-P制备的纸质检测试纸，在环境样品中实现了H₂S的可视化快速检测，检测限达到微摩尔级别。

研究表明，基于萘衍生物的聚降冰片烯纳米聚集体传感器成功解决了H₂S检测中的选择性和介质适应性难题。NNAP-peg-P在纯水环境中的高效检测能力突破了传统传感器对有机溶剂的依赖，其生物相容性特征为活体检测提供了可能。该技术不仅为环境监测提供了新型工具，更在生物医学诊断领域展现出重要应用价值，相关成果发表于《Biomacromolecules》。