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1熒光型納米材料傳感器

1．1熒光量子點(diǎn)型熒光量子點(diǎn)型傳感器是基于量子點(diǎn)的熒光猝滅作用實(shí)現(xiàn)對(duì)硝基爆炸物的熒光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。量子點(diǎn)又叫作半導(dǎo)體納米晶體，由于其理想的光學(xué)性能，在過(guò)去近十年里已經(jīng)引起了人們強(qiáng)烈的關(guān)注。與傳統(tǒng)的有機(jī)染料相比，量子點(diǎn)提供了在諸多方面的優(yōu)勢(shì):比如狹窄可調(diào)，從可見到紅外波長(zhǎng)對(duì)稱的發(fā)射光譜;高亮度和光化學(xué)穩(wěn)定性［5］。從1998年開始，量子點(diǎn)已經(jīng)廣泛的用作細(xì)胞標(biāo)記，腫瘤成像［6-7］，臨床診斷，定量檢測(cè)生物大分子［8-9］和藥物［10-11］以及顯現(xiàn)指紋［12-15］，還被用作發(fā)展熒光傳感器檢測(cè)無(wú)機(jī)離子的種類［16-18］。Zhang等［19］基于TNT對(duì)量子點(diǎn)的熒光猝滅作用，提出了熒光比率檢測(cè)TNT的新分析方法，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)傳感器對(duì)TNT的專屬識(shí)別，取得了令人滿意的結(jié)果。Goldman等［20］借助于抗體的專屬性識(shí)別功能，結(jié)合量子點(diǎn)的高熒光性能，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)熒光傳感器檢測(cè)TNT的新方法。Zhang等［21］合成了Mn2+摻雜，胺類分子包覆的ZnS納米晶體。由于Mn2+摻雜，ZnS量子點(diǎn)能夠發(fā)射出強(qiáng)橙色熒光，基于傳感器的熒光猝滅響應(yīng)達(dá)到檢測(cè)超微量TNT的目的。李西平等［22］報(bào)道了硅量子點(diǎn)檢測(cè)TNT新方法。由于TNT與硅量子點(diǎn)表面的氨基形成穩(wěn)定的Meisenheimer復(fù)合物，導(dǎo)致硅量子點(diǎn)熒光猝滅。該法為實(shí)時(shí)、超痕量檢測(cè)TNT提供了有益的參考。

1．2高分子聚合物納米粒子型利用納米材料鑒定硝基類爆炸物需要該類納米材料具有熒光信號(hào)可調(diào)特征的熒光性能以及可以進(jìn)行單波長(zhǎng)激發(fā)。然而，傳統(tǒng)的有機(jī)分子熒光染料由于熒光信號(hào)弱以及容易發(fā)生不可逆的光降解現(xiàn)象，使得它們無(wú)法完全勝任在硝基類爆炸物檢測(cè)技術(shù)的要求［23］。能及匹配的高分子熒光染料和納米材料的有機(jī)結(jié)合，使得納米材料不僅具有亮度高、光學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)和生物相容性好的優(yōu)點(diǎn)，而且可以構(gòu)建和合成具有功能多樣性、高靈敏度特征的化學(xué)傳感器［24-28］。高分子聚合物納米粒子的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，而且合成條件可控，能夠有效滿足檢測(cè)的基本要求。基于以上優(yōu)點(diǎn)，研究高分子聚合物納米粒子引起了國(guó)內(nèi)外研究者廣泛的關(guān)注。Wang等［29］報(bào)道了一個(gè)淺顯和通用的方法，以8-羥基喹啉鋁(Alq3)為基礎(chǔ)，在劇烈攪拌和超聲波處理下通過(guò)自組裝成功的合成了藍(lán)綠色熒光復(fù)合物納米球。這些聚合物包覆的納米復(fù)合材料，不僅在水溶液中穩(wěn)定性好，而且發(fā)光強(qiáng)度高。利用該高分子聚合物熒光納米粒子成功對(duì)TNT進(jìn)行了熒光紙傳感。Ajayaghosh等［30］報(bào)道一種纖維紙上涂覆熒光水凝膠檢測(cè)TNT的新方法，該方法檢測(cè)限達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的0．23ppq。構(gòu)建的傳感器開創(chuàng)了接觸檢測(cè)表面上或在水溶液中TNT的檢測(cè)新模式。

2基于膠體金型比色檢測(cè)

基于納米金比色法檢測(cè)硝基類爆炸物，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)技術(shù)兼具簡(jiǎn)單、快速、直觀、準(zhǔn)確、可實(shí)時(shí)檢測(cè)、選擇性高、檢測(cè)限低的特點(diǎn)。近年來(lái)，備受研究者關(guān)注。其基本原理是由于硝基類爆炸物目標(biāo)分子與納米金指示分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了可視化的顏色變化［31］。由于硝基類爆炸物與納米金之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)改變了納米金可見吸收光譜特性，而這些變化可以通過(guò)肉眼直接識(shí)別［32］。由于納米金特有的光學(xué)特性，基于納米金比色方法建立的傳感器具有靈敏度和檢測(cè)效率高的特點(diǎn)。Lin等［33］利用乙亞胺修飾的金納米粒子傳感器，通過(guò)可視化的比色檢測(cè)技術(shù)和光譜學(xué)方法對(duì)痕量TNT進(jìn)行檢測(cè)，該方法豐富了檢測(cè)TNT的傳感器種類，達(dá)到了具有直觀、痕量以及選擇性檢測(cè)的效果。Jiang等［34］基于共振能量轉(zhuǎn)移原理，報(bào)道了半胱胺修飾的金納米粒子可視化檢測(cè)TNT的比色分析方法，從紅到藍(lán)的顏色變化可以清晰看到，檢測(cè)限達(dá)到10－6數(shù)量級(jí)，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要。

3電化學(xué)型納米材料傳感器

電化學(xué)傳感器具有良好的敏感性、選擇性和便攜性，而導(dǎo)電型納米材料具有優(yōu)良的光電特性，以納米材料為響應(yīng)原件構(gòu)建的電化學(xué)納米材料傳感器，為最終檢測(cè)硝基類爆炸物提供了新的契機(jī)。Wilson等［35］報(bào)道了電化學(xué)納米材料結(jié)合免疫分析技術(shù)，特異性傳感檢測(cè)TNT的方法，該法檢測(cè)線低，專屬性好，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。Zhang等［36］報(bào)道了一種基于納米SiO2球修飾的玻碳電極采用陰極溶出伏安法高靈敏檢測(cè)TNT的新方法，這種方法提高了電極表面TNT的濃度，進(jìn)而提高了檢測(cè)的靈敏度。Zhang等［37］報(bào)道了采用循環(huán)伏安法檢測(cè)微量TNT，該法以碳納米材料修飾玻碳電極作為工作電極。Markowitz等［38］報(bào)道了以納米多孔二氧化硅作為電化學(xué)預(yù)富集材料，然后利用電化學(xué)方法檢測(cè)TNT。

4分子印跡型納米材料傳感器

基于納米材料構(gòu)建的分子印跡型的TNT傳感器，由于印記分子的空穴與TNT的形狀和大小相匹配，使得該類傳感器檢測(cè)TNT實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)專屬性，高選擇性的功能。Xie等［39］報(bào)道了分子印跡型納米材料識(shí)別硝基類爆炸物的方法，他們首先將納米材料表面聚合了分子印跡材料，然后在有機(jī)溶劑體系中使模板分子與功能單體之間發(fā)生預(yù)聚合反應(yīng)，從而達(dá)到了識(shí)別硝基苯類爆炸物的目的。王等［40］報(bào)道了Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)分子印跡磷光傳感器識(shí)別TNT的方法，該傳感器結(jié)合了分子印跡和磷光量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，檢測(cè)效果更優(yōu)。

5結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著納米材料的可控合成、表面功能化技術(shù)的日臻完善，基于納米材料傳感器檢測(cè)硝基爆炸物技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為硝基類爆炸物的檢測(cè)技術(shù)提供了重要的手段。納米材料傳感器已經(jīng)被成功應(yīng)用在硝基類爆炸物技術(shù)中。雖然納米材料傳感檢測(cè)硝基類爆炸物具有巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。然而，納米材料作為硝基類爆炸物傳感器的研究工作數(shù)量還不夠多，研究還不夠深入，存在著一些亟待解決的問(wèn)題。這有待科研工作者進(jìn)一步的研究，例如性能優(yōu)異、無(wú)毒、抗干擾強(qiáng)的納米材料的合成和修飾策略，以及構(gòu)建專屬性更好，靈敏度更高，耐用性更強(qiáng)的硝基類爆炸物傳感器。將納米材料傳感器應(yīng)用于硝基爆炸物檢測(cè)技術(shù)，理論和實(shí)踐意義重大，我們相信在不久的將來(lái)納米材料傳感器必將更加廣泛的應(yīng)用于硝基爆炸物檢測(cè)技術(shù)中。

作者：伊魁宇 鄒寧 韓闖 王猛 單位：中國(guó)刑事警察學(xué)院 法化學(xué)系 中國(guó)刑事警察學(xué)院 痕跡檢驗(yàn)系