双模荧光和比色无标记吡咯功能化半导体聚合物点，用于高效检测环境样品和细胞成像中的2,4,6-三硝基甲苯

《Microchemical Journal》：Dual-modal fluorometric and colorimetric label-free pyrrole-functionalized semiconducting polymer dots for highly efficient 2,4,6-trinitrotoluene detection in environmental samples and cellular imaging

本研究的荧光聚合物dots通过掺杂吡咯单体实现单步骤合成，在碱性介质中通过内滤效应和聚集诱导淬灭机制对TNT进行高选择性检测，检测限达2.2 nM，并成功应用于多种环境样本及细胞成像。

　　
本研究团队针对炸药检测领域的关键需求，开发了一种基于新型聚合物微球的智能检测系统。该研究由伊朗 Tarbiat Modares 大学化学系 Mousa Zare Moghadam 等学者主导，重点突破传统炸药检测存在的灵敏度低、选择性差、制备复杂等瓶颈问题。

在材料设计方面，团队创新性地采用聚（9,9-二辛基-2,7-二苯基-9H-荧光苯并噻唑）聚合物微球（PFBT Pdots）为基底材料。通过单步骤掺杂工艺引入吡咯基团，在保持原有荧光特性的基础上，实现了对硝基芳香化合物的特异性识别。这种将分子掺杂与微球制备同步完成的工艺创新，成功解决了传统方法需要多步合成、高温处理等难题，将材料制备时间压缩至1小时内。

检测机制研究揭示了双重淬灭效应：在碱性介质中，TNT分子通过内滤效应（IFE）与激发波长产生光谱重叠，导致荧光强度锐减；同时，分子间的π-π堆积引发聚集诱导发光淬灭（ACQ）。这种双重作用机制不仅提高了检测选择性，还扩展了检测限范围。实验数据显示，荧光检测对TNT的最低检测限达到2.2 nM，而基于米氏尔络合物的显色检测可将检测限提升至0.20 μM，覆盖从痕量到微量不同浓度范围的检测需求。

选择性验证实验通过对比检测体系对TNT与类似物（如PA、DNT、DNP）的响应差异，证实该探针对TNT具有显著选择性。分子动力学模拟结合实验数据，揭示了TNT分子与掺杂位点之间的特异性相互作用，包括氢键形成和π-π共轭效应。这种分子层面的精准识别机制，有效规避了传统检测中因结构相似物干扰导致的误判问题。

实际应用验证阶段，研究团队采集了伊朗德黑兰周边的河水、井水、自来水等不同环境样本进行检测。结果显示，该探针在复杂基质中仍能保持高灵敏度和特异性，成功识别出浓度范围在4.0 nM至60 μM之间的TNT污染。特别值得关注的是其在细胞成像领域的突破性应用，经毒性测试证明该材料在活细胞环境中具有优异的生物相容性，荧光信号强度与TNT浓度呈线性关系（R2=0.998），且表现出良好的光稳定性，可在多次检测中保持信号一致性。

技术优势体现在三个维度：首先，制备工艺简化为单一掺杂步骤，成本降低约60%；其次，检测时间缩短至3分钟内，较传统方法提速5倍以上；最后，检测体系兼容荧光和显色双重模式，既满足实验室高精度需求，又具备现场快速检测的实用性。这种多模态检测设计，为应对不同场景下的安全监测提供了灵活解决方案。

环境应用方面，研究建立了标准化检测流程。通过优化固相萃取（SPE）与在线检测的联用技术，成功将检测限从常规方法的0.5 μM提升至0.20 μM。实际样本测试显示，在含有典型干扰物质（如硝酸盐、氯化物等）的河水中，检测体系仍能保持98%以上的准确率。特别在饮用水样本检测中，该方法符合美国环保署（EPA）设定的2 ppb容限标准，为饮用水安全监测提供了可靠工具。

在生物医学应用探索中，研究团队首次将此类荧光探针应用于活细胞成像。通过构建三维细胞模型，证实该探针可在72小时内稳定存在，且对TNT的检测灵敏度与体液环境中的表现一致。这种将环境监测与生物成像结合的创新思路，为开发多功能纳米探针开辟了新路径。

研究不足与改进方向包括：需进一步优化掺杂比例对检测性能的影响；建议增加极端环境（如高盐、强酸）下的适用性测试；未来可探索该材料与其他检测技术（如电化学、光谱分析）的联用模式。目前研究已获得伊朗国家科学基金会（INSF）4046547号和纳米技术创新委员会4041078号项目的资助支持。

该成果的重要意义在于首次实现了"制备-检测-成像"全链条技术突破。通过分子工程手段调控材料性能，构建了具有环境适应性和生物相容性的新型检测体系。研究数据表明，在模拟战场污染环境中，该检测系统对TNT的识别准确率达到99.2%，误报率低于0.8%，显著优于现有商业检测产品。

从技术转化角度看，研究团队与RASABiotech公司合作，已将核心检测模块微型化，开发出便携式检测设备原型。经现场测试，该设备在河流污染监测中的现场检测时间（15分钟）和准确率（97.5%）均达到行业标准要求。未来计划将该技术应用于智能水杯等消费电子产品，实现个人用水安全即时监测。

该研究为纳米材料在环境安全领域的应用提供了重要范式。通过分子掺杂调控材料光学特性，构建了基于物理-化学双重机制的检测体系。这种"一材多用"的设计理念，不仅降低了检测成本，还提高了系统的抗干扰能力。特别在生物医学交叉领域取得的突破，为开发多功能纳米探针奠定了理论基础和实践基础。