超分子OFET传感器,现场秒测冰毒

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目前,全球各国都面临着安非他明(amphetamine)类兴奋剂滥用的严峻挑战,其中“名气”最大的莫过于“冰毒”——甲基安非他明。想必看过经典美剧《绝命毒师》的人都知道,冰毒制造相对简单,成本低廉,利润丰厚,是诸多贩毒团伙的摇钱树。各国政府纷纷加强安非他明类毒品的监管,不过要从生物样本(如尿样)中检测安非他明类毒品,往往需要专业的实验室、昂贵的仪器以及经过专业培训的操作人员,耗时长,无法做到执法现场的快速检测。因此,开发一种迅速、低成本、便携的安非他明类毒品检测设备就成为相当迫切的需求。

近日,韩国基础科学研究所(IBS)的Kimoon Kim和Ilha Hwang以及浦项科技大学(POSTECH)的Joon Hak Oh等研究者开发了一种快速方便的新型便携式安非他明类毒品检测设备,可用于现场检测,几秒钟内即可出结果,不需要将样品送到实验室,甚至还能将结果发到智能手机上。相关论文发表于Cell Press旗下的Chem 杂志。

图1. 高灵敏度有机场效应晶体管传感器。图片来源:Chem

这种便携式检测设备的核心是一种有机场效应晶体管(OFET)传感器(图1),而传感器中的关键功能分子是能快速结合并高选择性检测安非他明类毒品的葫芦脲CB[7](cucurbit[7]uril)衍生物(图2A)。葫芦脲CB[7]衍生物作为主体分子可以和安非他明类客体分子结合,其中葫芦脲的空腔以及羰基通过憎水作用和离子-偶极作用将安非他明类分子包裹于其中,形成1:1的复合物,结合常数高达106 M-1。作者也给出了葫芦脲CB[7]衍生物分别与安非他明(图2B)及冰毒(图2C)结合的晶体结构。

图2. 葫芦脲CB[7] 衍生物及与安非他明类分子的结合。图片来源:Chem

安非他明类兴奋剂与葫芦脲CB[7]衍生物的结合会改变分子的电子分布,所产生的变化会被OFET捕捉并输出电信号,从而能以很高的灵敏度检测液体样本中的毒品。实验结果表明,这种OFET传感器对安非他明类分子的检测灵敏度在水溶液中可达到皮摩尔级,在尿液中的可达到纳摩尔级。如果将这种OFET传感器与集成电路(含有电池、天线、USB接口等)结合,整个检测装置就可以放置在一个“手环”中(图3D),非常便携,而且检测结果还可以通过蓝牙无线传输到指定的智能手机上(图3C)。

图3. 高灵敏度OFET连接电路板及检测手环。图片来源:Chem

Kimoon Kim教授称,“这种装备结合了超分子化学分子识别的高选择性和OFET的高灵敏度,是首个可以实时监测液体中安非他明类分子的装置。”除了尿液和水溶液,Kim教授认为检测唾液和汗液也没有问题。

不过,目前该设备还不能够辨别不同种类的安非他明类分子,这也是Kimoon Kim教授等人正在进一步研究的目标。

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):

Point-of-Use Detection of Amphetamine-Type Stimulants with Host-Molecule-Functionalized Organic Transistors

Chem, 2017, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.08.015

(本文由PhillyEM供稿)

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