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  近日，陜西科技大學姜慧娥副教授/劉新華副教授等報道了一種以蒼蠅觸角為啟發的生物質基熒光傳感功能材料，可實現對NH₃的定量檢測，并結合智能手機顏色識別軟件通過對熒光傳感材料的R、G、B值進行分析進而實現對海鮮新鮮度的裸眼實時監測。相關研究成果發表于國際著名期刊Journal of Hazardous Materials上。

圖1 席夫堿AIE納米熒光材料的合成

  傳統的NH₃檢測方法和食品安全評價方法存在操作繁瑣、耗時、成本高、無法實時監控等缺點。為此，該團隊提出了制備簡單、可重復使用、成本低和靈敏度高的生物質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時監測。考慮到氣體傳感材料的靈敏度很大程度上取決于其結構設計和AIE納米熒光材料的響應特性，文中選擇了對NH₃高度敏響應的席夫堿AIE納米顆粒，并對材料進行了蒼蠅觸角仿生結構設計，具體方法如下：（1）選擇具有良好固態發光性質的席夫堿AIE納米顆粒為載體（熒光量子產率為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納米顆粒負載于濾紙纖維；（3）將紙基熒光傳感功能材料設計為仿蒼蠅觸角的凸起結構，以提高對NH₃的靈敏度（實驗檢測限低至0.5 ppm），縮短響應時間（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轉變為深橙色。PAA-FP可實現對NH₃與其他有機氣體響應的區別可由裸眼輕松分辨。另外，PAA-FP的熒光強度隨NH₃的濃度的增加同步增大，且二者具有良好的非線性關系（R²=0.993），實驗檢測限低至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的響應過程不受其他有機氣體的干擾。文中還通過AcOH氣體熏蒸的方法研究了PAA-FP的可重復使用性，經過至少5個循環后，PAA-FP的熒光強度保持穩定。

圖3 紙基熒光傳感器的結構設計及其對NH₃的傳感性能

  海鮮存放時間過長，會因腐敗變質而存在食品安全隱患，在此過程中，酶作用和微生物活動過程會分解蛋白質、脂肪、糖和營養物質，產生有毒和難聞的生物胺。在這些物質中，氨氣（NH₃）具有最顯著的氣味釋放強度。因此，NH₃通常被視為監測海鮮新鮮度的信號。為實現對海鮮新鮮對的智能和實時監測，文中首先使用智能手機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，并進行分析，以驗證海鮮新鮮度監測的可行性。結果表明，PAA-FP的G值與NH₃濃度間存在良好的線性關系（R²=0.993）。因此，文中進一步使用PAA-FP對海鮮新鮮度進行監測。研究表明，隨著存放時間的延長，白蝦和小黃魚逐漸變質，在此過程中，PAA-FP的顏色由淡黃色轉變為深橙色，且此顏色變化可由裸眼分辨。通過智能手機顏色識別軟件發現，PAA-FP的G值隨存放時間的延長逐漸降低，且其G值與存放時間呈良好的線性關系（白蝦：R=-0.983，小黃魚：R²=0.985），這與上述NH₃檢測過程的結果一致，證明了PAA-FP用于海鮮新鮮度實時監測的可行性。

圖4海鮮新鮮度監測

  相關成果以“Fly-antennae-inspired biomass-based fluorescent platform for NH₃ quantitative detection and visual real-time monitoring of seafood spoilage”為題發表在Journal of Hazardous Materials（Journal of Hazardous Materials, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.128868）上。陜西科技大學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輕工科學與工程學院的姜慧娥副教授和劉新華副教授。感謝國家自然科學基金、中國博士后科學基金、陜西省高校科學技術協會青年人才支持計劃等項目對本工作的大力支持！

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