新型巴比妥酸与吖啶融合的水凝胶AIE荧光传感器，用于气态和水环境中肼的超灵敏现场检测及高效去除

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Novel barbituric acid-fused acridine-based hydrogel AIE fluorescent sensor for ultrasensitive on-site detection and efficient removal of hydrazine in gaseous and water environments

本文设计合成三种具有聚集诱导发光（AIE）特性的荧光探针TABF-BA、TABF-BMA、TABF-BSA，并基于TABF-BA开发新型琼脂糖水凝胶传感器，用于肼的快速检测与生物成像。传感器兼具吸附和检测功能，可适配RGB软件实现智能设备现场检测，检测限低至25nM，且在活细胞成像中表现优异。

　　近年来，随着人们对环境和安全问题的关注日益增加，对有害物质的检测技术也不断取得新的进展。其中，肼（N?H?）作为一种具有高度毒性的化合物，因其在多种工业化学过程中的广泛应用，如纺织染料、聚合物、药物、乳化剂、杀虫剂和催化剂的合成，成为研究的重点之一。肼不仅具有易燃性，还可能在某些情况下引发爆炸，因此在样品运输和检测过程中存在一定的安全隐患。为了实现对肼的现场检测和定向分析，研究人员一直在探索更高效、更安全的检测手段。

荧光探针作为一种高灵敏度、非侵入性的检测工具，因其在生物成像和危险物质监测中的广泛应用而备受关注。传统的荧光探针往往在聚集状态下表现出荧光猝灭现象（ACQ），这限制了其在高水分环境中的使用效果。而近年来，聚集诱导发光（AIE）现象的发现为荧光探针的设计提供了新的思路。与ACQ相反，AIE探针在聚集状态下反而能够增强发光，从而提高了其在复杂环境中的稳定性和实用性。

基于这一背景，本研究设计并合成了三种新型的巴比妥酸-吖啶融合的荧光探针，命名为TABF-BA、TABF-BMA和TABF-BSA。这些探针具有显著的AIE特性，能够用于检测肼。通过对这三种探针的性能进行比较，发现TABF-BA在检测肼方面表现尤为突出，其检测限低至25 nM，并且在反应后仅需5分钟即可实现荧光信号的明显变化。这些优势使得TABF-BA成为后续实验的重点对象。

此外，本研究还基于TABF-BA与肼之间的特异性反应，将其整合到琼脂糖水凝胶中，开发出一种新型的水凝胶传感器。这种传感器不仅能够用于检测液态和气态肼，还具备良好的吸附能力，使其在实际应用中更加高效和便捷。水凝胶因其能够保持大量水分而具有良好的柔韧性和光透过性，这为荧光探针在水凝胶中的稳定发光提供了有利条件。通过将荧光探针与水凝胶结合，可以进一步提升其在实际检测中的适用性，实现实时、现场的检测需求。

除了在环境监测和危险物质分析中的应用，这些荧光探针还在生物成像方面展现出良好的潜力。实验表明，TABF-BA具有较低的细胞毒性，能够用于监测活体细胞中肼的浓度变化。此外，它还可以应用于植物细胞中的肼检测，例如在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中进行研究。这种多功能性使得TABF-BA不仅适用于工业和环境领域，还能够在生物医学研究中发挥重要作用。

在实验方法方面，本研究使用了多种仪器来确保检测的准确性和可靠性。氢核磁共振（1H NMR）和碳核磁共振（13C NMR）用于分析探针的结构，而高分辨质谱（HRMS）则用于确认其分子量和化学组成。紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和荧光光谱（FL）则用于研究探针的光学性质，包括其在不同浓度和环境条件下的响应情况。通过这些技术手段，研究人员能够全面评估探针的性能，并进一步优化其结构以提高检测效果。

在合成过程中，研究人员通过将不同的巴比妥酸衍生物与新型的 nopinone 吖啶衍生物结合，成功合成了三种具有显著AIE特性的荧光探针。这些探针的合成路线清晰，且其荧光特性在实验中得到了充分验证。通过对合成过程的深入研究，不仅提高了探针的合成效率，还为后续的性能优化提供了理论依据。

本研究的成果具有重要的应用价值。首先，开发出的水凝胶传感器能够在多种环境下实现对肼的高效检测，同时具备良好的吸附能力，为实际应用提供了便利。其次，荧光探针在生物成像中的应用拓展了其使用范围，使得肼的检测不仅限于环境和工业领域，还能够应用于生物医学研究。最后，这些探针的高灵敏度和快速响应特性为现场检测提供了强有力的技术支持，有助于提高检测的效率和准确性。

综上所述，本研究通过设计和合成具有AIE特性的荧光探针，成功开发出一种新型的水凝胶传感器，为肼的检测提供了新的方法。同时，这些探针在生物成像中的应用也展现出良好的前景。未来，随着检测技术的不断进步，这些探针有望在更广泛的领域中发挥作用，为环境和健康监测提供更加高效、安全的解决方案。