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  近日，陜西科技大學(xué)姜慧娥副教授/劉新華副教授等報(bào)道了一種以蒼蠅觸角為啟發(fā)的生物質(zhì)基熒光傳感功能材料，可實(shí)現(xiàn)對NH₃的定量檢測，并結(jié)合智能手機(jī)顏色識別軟件通過對熒光傳感材料的R、G、B值進(jìn)行分析進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對海鮮新鮮度的裸眼實(shí)時(shí)監(jiān)測。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際著名期刊Journal of Hazardous Materials上。

圖1 席夫堿AIE納米熒光材料的合成

  傳統(tǒng)的NH₃檢測方法和食品安全評價(jià)方法存在操作繁瑣、耗時(shí)、成本高、無法實(shí)時(shí)監(jiān)控等缺點(diǎn)。為此，該團(tuán)隊(duì)提出了制備簡單、可重復(fù)使用、成本低和靈敏度高的生物質(zhì)基熒光傳感功能材料，用于NH₃的定量檢測和海鮮新鮮度的實(shí)時(shí)監(jiān)測�？紤]到氣體傳感材料的靈敏度很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和AIE納米熒光材料的響應(yīng)特性，文中選擇了對NH₃高度敏響應(yīng)的席夫堿AIE納米顆粒，并對材料進(jìn)行了蒼蠅觸角仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體方法如下：（1）選擇具有良好固態(tài)發(fā)光性質(zhì)的席夫堿AIE納米顆粒為載體（熒光量子產(chǎn)率為13.4%）；（2）選擇成本低廉、來源廣泛的濾紙為基底材料，通過簡單的浸漬法將AIE納米顆粒負(fù)載于濾紙纖維；（3）將紙基熒光傳感功能材料設(shè)計(jì)為仿蒼蠅觸角的凸起結(jié)構(gòu)，以提高對NH₃的靈敏度（實(shí)驗(yàn)檢測限低至0.5 ppm），縮短響應(yīng)時(shí)間（2s）。

圖2 紙基熒光傳感器PAA-FP的制備及表征

  紙基熒光傳感功能材料PAA-FP在自然光下PAA-FP為淡黃色，被NH₃熏蒸后，PAA-FP轉(zhuǎn)變?yōu)樯畛壬?/span>PAA-FP可實(shí)現(xiàn)對NH₃與其他有機(jī)氣體響應(yīng)的區(qū)別可由裸眼輕松分辨。另外，PAA-FP的熒光強(qiáng)度隨NH₃的濃度的增加同步增大，且二者具有良好的非線性關(guān)系（R²=0.993），實(shí)驗(yàn)檢測限低至0.5 ppm，因此PAA-FP對NH₃的識別具有較高的靈敏度。此外，PAA-FP對NH₃的響應(yīng)過程不受其他有機(jī)氣體的干擾。文中還通過AcOH氣體熏蒸的方法研究了PAA-FP的可重復(fù)使用性，經(jīng)過至少5個(gè)循環(huán)后，PAA-FP的熒光強(qiáng)度保持穩(wěn)定。

圖3 紙基熒光傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其對NH₃的傳感性能

  海鮮存放時(shí)間過長，會因腐敗變質(zhì)而存在食品安全隱患，在此過程中，酶作用和微生物活動(dòng)過程會分解蛋白質(zhì)、脂肪、糖和營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生有毒和難聞的生物胺。在這些物質(zhì)中，氨氣（NH₃）具有最顯著的氣味釋放強(qiáng)度。因此，NH₃通常被視為監(jiān)測海鮮新鮮度的信號。為實(shí)現(xiàn)對海鮮新鮮對的智能和實(shí)時(shí)監(jiān)測，文中首先使用智能手機(jī)顏色識別軟件讀取被不同濃度NH₃熏蒸后的PAA-FP的R、G、B值，并進(jìn)行分析，以驗(yàn)證海鮮新鮮度監(jiān)測的可行性。結(jié)果表明，PAA-FP的G值與NH₃濃度間存在良好的線性關(guān)系（R²=0.993）。因此，文中進(jìn)一步使用PAA-FP對海鮮新鮮度進(jìn)行監(jiān)測。研究表明，隨著存放時(shí)間的延長，白蝦和小黃魚逐漸變質(zhì)，在此過程中，PAA-FP的顏色由淡黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樯畛壬�，且此顏色變化可由裸眼分辨。通過智能手機(jī)顏色識別軟件發(fā)現(xiàn)，PAA-FP的G值隨存放時(shí)間的延長逐漸降低，且其G值與存放時(shí)間呈良好的線性關(guān)系（白蝦：R=-0.983，小黃魚：R²=0.985），這與上述NH₃檢測過程的結(jié)果一致，證明了PAA-FP用于海鮮新鮮度實(shí)時(shí)監(jiān)測的可行性。

圖4海鮮新鮮度監(jiān)測

  相關(guān)成果以“Fly-antennae-inspired biomass-based fluorescent platform for NH₃ quantitative detection and visual real-time monitoring of seafood spoilage”為題發(fā)表在Journal of Hazardous Materials（Journal of Hazardous Materials, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.128868）上。陜西科技大學(xué)碩士研究生陳立娟為本論文的第一作者，通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院的姜慧娥副教授和劉新華副教授。感謝國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、陜西省高校科學(xué)技術(shù)協(xié)會青年人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目對本工作的大力支持！

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128868