三合一荧光传感与成像技术：用于检测化学战剂

《Nature Communications》：Three in one fluorescent sensing and imaging of chemical warfare agents

　　

摘要

化学战剂（CWAs）由于其在历史上造成的大规模人员伤亡以及当前的滥用情况，对全球构成了严重威胁，尤其是那些能引起水疱、神经损伤和血液中毒的化学战剂。为了满足现场快速检测工具的迫切需求，我们开发了TrioAlert。据我们所知，这是首个能够同时检测水疱剂硫芥子气、G型神经毒剂沙林和血液毒剂氰化物的荧光传感器。该传感器利用咪唑结构单元来识别硫芥子气和沙林，而氰化物则通过香豆素荧光团第4位点的化学反应来检测。TrioAlert表现出快速响应（在90秒内完成检测）、高灵敏度（检测限分别为：硫芥子气58.5 nM、沙林46.2 nM、氰化物53.4 nM），并且具有明显的荧光和颜色变化。该传感器在自然环境基质及不同温度条件下的检测性能均保持稳定。此外，装有TrioAlert的试纸条支持基于智能手机的现场定性和定量分析，其视觉检测限分别为：硫芥子气0.05 ppm、沙林0.01 ppm、氰化物5 ppm。该传感器还能在活细胞和小鼠模型中可视化这三种化学战剂的存在。值得注意的是，在体内，荧光变化先于病理损伤发生，且在亚病理剂量下就能观察到明显的荧光变化。这为微量化学战剂暴露提供了早期的视觉指示。此外，这些荧光变化与随后的病理生物标志物变化相关（P < 0.01），证实了该传感器在临床诊断中的潜力。我们的研究展示了高风险化学战剂的现场快速定量检测能力，从而提升了预防化学威胁、保护公共健康和安全的能力。