基于自组装单层聚二烯丙基二甲基氯化铵的瞬态湿度传感器及其在酸性/碱性气体检测中的应用

为解决酸性/碱性气体检测灵敏度不足、选择性差的技术难题，研究人员开发了新型pH敏感聚集诱导发光(AIE)荧光探针InTPAPy，并创新性地将其与海藻酸钠/透明质酸钠(SA/HA)复合水凝胶结合，构建了具有三重响应模式（比色/荧光/MATLAB分析）的气体传感器。该传感器对HCl和NH3的检测限分别达0.13 ppb和1.0 ppb，响应时间短至30秒和10秒，为大气污染物监测提供了革命性的现场可视化检测平台。

　　

在环境监测和公共卫生领域，无色无味的酸性/碱性气体如同隐形杀手——长期接触低浓度HCl可导致呼吸道黏膜损伤，而NH₃暴露可能引发急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。传统电化学传感器虽广泛应用，却受制于金属氧化物的低选择性；荧光探针又常因聚集导致淬灭(ACQ)效应而功亏一篑。更棘手的是，现有技术难以实现复杂环境中ppb级气体的快速可视化检测，这就像试图用老式温度计测量纳米级热波动，既不够灵敏又缺乏直观性。

东莞理工学院的研究团队另辟蹊径，他们设计了一个"分子变色龙"系统：将新型聚集诱导发光(AIE)活性分子InTPAPy嵌入海藻酸钠/透明质酸钠(SA/HA)水凝胶基质，创造出能同时"看见"和"计数"气体分子的智能传感器。这项突破性研究发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上，其精妙之处在于融合了AIEgens（聚集诱导发光分子）的光物理特性与水凝胶的溶胀响应机制，再通过MATLAB将颜色变化转化为精确数据，就像给传感器装上了"化学视觉神经"。

研究团队运用三大核心技术：1）通过Suzuki偶联反应合成具有D-π-A（给体-π桥-受体）结构的InTPAPy探针；2）采用离子交联法制备SA/HA复合水凝胶载体；3）建立基于HSV（色调-饱和度-明度）色彩空间的MATLAB图像分析算法。特别值得注意的是，他们通过密度泛函理论(DFT)计算揭示了探针分子与H⁺/OH^-的相互作用机制，为设计原理提供了量子化学层面的解释。

【Probe design, colorimetric, and AIE properties】章节显示，引入吡啶环的InTPAPy在聚集态发射强度提升15倍，对HCl的响应呈现从黄到红的显著色移，而NH₃诱导的蓝移现象使检测限突破至1.0 ppb——相当于在标准游泳池中检测出一滴污染物。

【Conclusion】部分证实，该传感器在模拟大气环境中对5-100 ppb范围的酸性/碱性气体表现出优异线性响应（R²>0.98）。更令人振奋的是，通过智能手机拍摄+云端MATLAB分析的模式，首次实现了无需专业设备的现场定量检测，响应速度比传统电化学传感器快3-5倍。

这项研究的价值不仅在于创造了迄今最灵敏的气体检测记录（0.13 ppb HCl），更开创了"AIEgen-智能水凝胶-数字图像处理"三位一体的检测新范式。正如论文通讯作者ZHANG Jing教授指出，这种将分子识别、信号转换与信息技术交叉融合的策略，为环境污染物监测提供了可推广的技术模板。未来若与物联网结合，或将构建起覆盖城市群的"电子鼻"网络，让隐形毒气无所遁形。