用于挥发性胺类和生物胺的金属-有机框架荧光传感器：从分子设计到智能实时检测

《Coordination Chemistry Reviews》：Metal-Organic Framework fluorescent sensors for volatile and biogenic amines: from molecular design to intelligent real-time detection

　　基于MOF的荧光平台通过可调控的多孔结构和能量/电子转移调控实现超灵敏胺检测。多模式响应（关闭/开启/比率型）由PET、AIE、ESIPT和电荷转移机制驱动，确保稳健的信号输出。集成多模态传感与智能手机-AI分析，实现便携式实时监测，适用于环境和食品安全应用。# 引言挥发性胺和生物胺作为典型的含氮小分子化合物，在环境监测、食品安全和生命科学研究中发挥着关键作用[1-4]。它们已被确定为不仅与食品腐败和微生物代谢相关的重要指标，同时也是空气和水污染的敏感信号分子，因此为生态环境评估、公共健康监测和食品质量管理提供了极高的指示价值[5-7]。因此，对这些胺类进行高灵敏度、高选择性和实时检测具有重要意义，对于防止食品安全事件、控制环境污染以及支持临床诊断也具有重要需求[8-10]。传统检测方法包括气相色谱和液相色谱、质谱、电化学传感和酶分析法[11-14]。尽管这些方法能够实现高灵敏度和精确量化，但通常会面临一些局限性[15,16]，包括操作程序复杂、仪器成本高昂、不适合现场检测以及在处理复杂样品基质方面存在困难[17-20]。在实际应用中，当涉及含有多种共存干扰物的食品、废水或空气样品时，快速响应、选择性和现场可操作性之间的平衡往往难以实现，从而限制了它们在快速环境监测和食品安全分析中的实际应用[21,22]。近年来，金属-有机框架（MOFs）凭借其高度可调的孔结构、多样的金属/配体组合和大的比表面积，已成为荧光传感领域的尖端材料[19,23-25]。MOFs可以通过孔道限制效应和主-客体相互作用实现对目标分子的高效富集，同时通过精确调控光物理机制实现高灵敏度的荧光响应[26-28]，包括PET、AIE、ESIPT和MLCT/LMCT。与此同时，用染料、量子点或金属纳米团簇修饰的复合MOFs材料已被广泛构建，以实现双发射[29-31]、比率型或多模态信号输出平台，这不仅显著提高了检测灵敏度和选择性[32,33]，还增强了可视化能力和现场可操作性，从而为便携式和实时检测提供了可靠的技术支持。此外，MOFs复合策略在监测复杂环境和多种指标方面的潜力可通过整合客体分子封装、孔道限制效应以及电子/能量转移过程的调控来实现（图1）。尽管一些综述已调查了基于金属-有机框架的荧光传感研究，但本工作的主要创新总结如下。首先，它将信号转导途径和光物理机制与合理的材料设计整合到一个统一的框架中，使得特定的合成策略可以直接与目标光学响应相关联。其次，它不是孤立地展示单独的案例研究，而是对三种代表性的客体发射体——染料、量子点以及金属纳米团簇或纳米粒子——进行了比较评估，突出了它们在建立双发射、比率信号和多模态光学输出中的结构作用。第三，它批判性地审视了环境和复杂食品系统中的实际分析性能，特别强调了真实基质验证和关键检测指标。第四，它整合了多模态发光与便携式智能手机设备和机器学习算法的新兴融合，建立了一条明确的技术路线图，将传统分析物定量推进至食品新鲜度监测和智能现场胺传感。为方便起见，表1汇编了全文中使用的所有全称和缩写。# 章节摘要## MOF基荧光传感中的信号生成仅限于两个维度：信号转导模式（即关闭、开启和比率型）以及光物理机制（即MLCT/LMCT、PET、FRET、ICT、AIE和ESIPT）。## 材料设计：从原始MOFs到基于MOFs的复合材料它根据引入框架中的功能组分对传感材料进行分类，并讨论每个组分如何改变光学输出。MOFs及其复合材料的设计策略主要集中在框架结构调控、孔特性优化和功能组分引入等方面，以提高荧光传感性能。金属/配体的选择可以调节孔结构和光学性能，而……## 挥发性胺和生物胺的应用它定义了感兴趣的分析物及其检测要求，然后根据样品基质（即环境介质和食品基质）对已报道的传感器进行分类。## 系统集成：从双信号输出到智能读数本节强调了传感系统的总体集成，详细介绍了单个传感组件的结构融合为复杂的分析设备。这种范式包括：（I）通过荧光-比色双通道响应实现信号集成，（II）通过机器学习驱动的特征提取实现数据智能，以及（III）通过智能手机辅助的实时定量分析实现设备集成。## 总结本工作系统综述了基于MOFs及其复合材料的荧光传感器在挥发性胺和生物胺检测方面的设计策略和最新进展。MOF为开发高灵敏度和选择性的胺传感器提供了理想平台。目前，已开发了三种主要传感模式，包括关闭、开启和比率型响应。其中，比率型传感通过……减少环境干扰。## 利益冲突声明作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能会影响本论文中报告的工作。## 致谢作者感谢吉林省自然科学基金（20260102128JC）、国家自然科学基金（21373043）和吉林省自然科学基金（YDZJ202201ZYTS540）提供的资助。---Wenxi Zhang | Jing Sun | Xiao Li | Chun-Guang Liu | Zhongmin Su