基于苝四甲酸修饰的纤维素透明智能薄膜的构建及其在胺类传感与安全应用中的研究

针对环境中挥发性胺类污染物检测的难题，江苏大学团队创新性地将苝四甲酸(PTCA)与纤维素乙酸酯(CA)复合，通过溶剂蒸发法制备出透明荧光薄膜。该薄膜在365 nm紫外光下呈现浓度依赖性荧光变色(506-558 nm)，可特异性识别苯胺(ANL)和苄胺(BNZ)，检测限达10 μL，其机制涉及氢键/静电相互作用。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究为开发便携式生物基传感器提供了新思路。

　　

在现代工业快速发展的背景下，挥发性有机胺类化合物如苯胺(ANL)和苄胺(BNZ)的广泛使用带来严峻的环境健康挑战。这些物质不仅广泛应用于染料、制药和橡胶工业，其低至5 ppm的暴露浓度即可导致肝损伤和血液疾病。传统检测方法如气相色谱虽精确但存在设备昂贵、操作复杂等缺陷，而现有荧光传感器又难以兼顾材料可再生性与检测特异性。更棘手的是，多数传感器无法区分脂肪胺与芳香胺，或需依赖钛基等非环保材料。这一领域亟需开发兼具高透明度、可加工性和选择性的新型生物基传感材料。

江苏大学的研究团队另辟蹊径，从自然界储量最丰富的纤维素衍生物入手。纤维素乙酸酯(CA)因其优异的透光性、机械强度和溶剂加工性，成为理想基材。而具有五苯环共轭结构的苝四甲酸(PTCA)凭借大斯托克斯位移和稳定荧光特性，被选为信号单元。通过将不同浓度(0.1-0.7 mg/mL)的PTCA与CA在DMF中物理共混，采用溶剂蒸发法成功制备出系列CA-PTCA复合薄膜。这种"生物聚合物+有机荧光团"的巧妙组合，既克服了PTCA难以成膜的缺陷，又保留了CA的可持续性优势。

研究主要采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光光谱等技术表征材料性能。通过系统优化PTCA掺杂浓度，发现0.1 mg/mL的薄膜在保持90%可见光透过率的同时，能在365 nm激发下发出506 nm的亮绿色荧光。当暴露于10 μL ANL或BNZ时，薄膜发生显著的荧光猝灭现象，而脂肪胺如三乙胺(TEA)则无响应。光谱分析揭示该选择性源于PTCA羧基与芳香胺的NH₂间特异性氢键作用，这种分子识别机制使检测限达到ppm级。

研究结果部分呈现多重创新发现：

1. 材料特性：CA-PTCA薄膜表现出浓度依赖的荧光变色效应，从0.1 mg/mL的绿色(506 nm)渐变至0.5 mg/mL的黄色(558 nm)，且高浓度下仍保持均匀性。
2. 传感性能：对ANL/BNZ的响应时间<30秒，且可肉眼识别，解决了传统方法需复杂仪器的问题。
3. 机制解析：FTIR证实胺类吸附导致PTCA的C=O峰位移，而荧光寿命测试表明静态猝灭占主导。
4. 实际应用：薄膜可集成至安全标签，通过荧光变化预警胺类泄漏，在化工仓储领域展现潜力。

这项研究的突破性在于首次实现PTCA在CA基质中的均匀分散，创制出全透明、可弯曲的传感薄膜。相比前人工作，该材料具有三大优势：一是利用生物基CA替代合成聚合物，符合绿色化学原则；二是通过分子设计实现芳香胺特异性识别；三是简单的溶液加工法适合规模化生产。论文最后指出，这种"天然高分子+功能小分子"的设计策略可拓展至其他有害物质检测，为开发新一代智能包装、环境监测器件提供了普适性平台。研究获得国家自然科学基金等多项资助，其成果对实现"双碳"目标下的化工安全管控具有重要实践意义。