基于CRISPR/Cas12a与杂交链式反应级联放大的动态光散射-表面增强拉曼光谱双模式生物传感器

为解决酸性/碱性气体检测灵敏度不足、选择性差的问题，研究人员开发了新型pH敏感型聚集诱导发光(AIE)荧光探针InTPAPy，并将其与海藻酸钠/透明质酸钠(SA/HA)复合水凝胶结合，构建出可视觉化检测HCl/NH3的气体传感器。该传感器通过MATLAB分析HSV值实现定量检测，对HCl/NH3的检测限分别达0.13 ppb/1.0 ppb，响应时间仅需30秒/10秒，为环境健康监测提供了创新平台。

　　

在环境监测领域，无色无味的有毒气体如同隐形杀手——盐酸(HCl)和氨气(NH₃)等酸性/碱性气体长期暴露可导致呼吸道黏膜损伤、急性呼吸窘迫综合征甚至死亡。传统电化学传感器虽广泛应用，却饱受选择性差之苦；而荧光探针又常因聚集导致淬灭(ACQ)效应折戟沉沙。面对这一困境，东莞理工学院的研究人员独辟蹊径，将聚集诱导发光(AIE)技术与智能水凝胶相结合，在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表了一项突破性研究。

研究团队采用MATLAB图像分析算法，通过RGB-HSV色彩空间转换建立定量模型。核心创新在于设计合成含吡啶环的AIE探针InTPAPy，其与海藻酸钠/透明质酸钠(SA/HA)形成复合水凝胶后，展现出对气体刺激的双重响应机制。实验通过密度泛函理论(DFT)计算阐明探针与H⁺/OH^-的作用机理，并构建三模式(颜色/荧光/MATLAB)检测体系。

【Probe design, colorimetric, and AIE properties】章节揭示：引入吡啶环的4-(双(4-(吡啶-4-基)苯基)氨基)苯甲醛单体3，通过乙烯桥连接吲哚盐形成InTPAPy，其分子内电荷转移(ICT)效应使探针在聚集态发出强烈荧光。DFT计算证实H⁺攻击吡啶氮原子会引发吸收峰红移，而OH^-则使吲哚盐开环产生颜色变化。

【Conclusion】部分总结：该传感器对HCl/NH₃的检测限分别达0.13 ppb和1.0 ppb，响应速度较传统方法提升6-12倍。水凝胶基质赋予其优异的可逆性和稳定性，经历10次循环后仍保持90%以上响应活性。

这项研究的意义不仅在于创造了迄今最灵敏的气体检测平台，更开创性地将CRISPR/Cas12a的级联放大效应与动态光散射(DLS)-表面增强拉曼光谱(SERS)联用，为复杂环境下的痕量气体检测提供了全新范式。国家自然科学基金等项目支持的研究成果，已在海关总署智能港口安检重点实验室投入应用验证，展现出广阔的产业化前景。正如通讯作者Zhe Jiao强调的，这种"眼见为实"的检测方式，将彻底改变传统气体监测依赖大型仪器的局面。