陕科大姜慧娥/刘新华 J. Hazard. Mater.：用于NH3定量检测和海鲜新鲜度可视化实时监测的生物质基仿生荧光功能材料

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近日，陕西科技大学姜慧娥副教授/刘新华副教授等报道了一种以苍蝇触角为启发的生物质基荧光传感功能材料，可实现对NH₃的定量检测，并结合智能手机颜色识别软件通过对荧光传感材料的R、G、B值进行分析进而实现对海鲜新鲜度的裸眼实时监测。相关研究成果发表于国际著名期刊Journal of Hazardous Materials上。

图1 席夫碱AIE纳米荧光材料的合成

传统的NH₃检测方法和食品安全评价方法存在操作繁琐、耗时、成本高、无法实时监控等缺点。为此，该团队提出了制备简单、可重复使用、成本低和灵敏度高的生物质基荧光传感功能材料，用于NH₃的定量检测和海鲜新鲜度的实时监测。考虑到气体传感材料的灵敏度很大程度上取决于其结构设计和AIE纳米荧光材料的响应特性，文中选择了对NH₃高度敏响应的席夫碱AIE纳米颗粒，并对材料进行了苍蝇触角仿生结构设计，具体方法如下：（1）选择具有良好固态发光性质的席夫碱AIE纳米颗粒为载体（荧光量子产率为13.4%）；（2）选择成本低廉、来源广泛的滤纸为基底材料，通过简单的浸渍法将AIE纳米颗粒负载于滤纸纤维；（3）将纸基荧光传感功能材料设计为仿苍蝇触角的凸起结构，以提高对NH₃的灵敏度（实验检测限低至0.5 ppm），缩短响应时间（2s）。

 

图2 纸基荧光传感器PAA-FP的制备及表征

纸基荧光传感功能材料PAA-FP在自然光下PAA-FP为淡黄色，被NH₃熏蒸后，PAA-FP转变为深橙色。PAA-FP可实现对NH₃与其他有机气体响应的区别可由裸眼轻松分辨。另外，PAA-FP的荧光强度随NH₃的浓度的增加同步增大，且二者具有良好的非线性关系（R²=0.993），实验检测限低至0.5 ppm，因此PAA-FP对NH₃的识别具有较高的灵敏度。此外，PAA-FP对NH₃的响应过程不受其他有机气体的干扰。文中还通过AcOH气体熏蒸的方法研究了PAA-FP的可重复使用性，经过至少5个循环后，PAA-FP的荧光强度保持稳定。

图3 纸基荧光传感器的结构设计及其对NH₃的传感性能

海鲜存放时间过长，会因腐败变质而存在食品安全隐患，在此过程中，酶作用和微生物活动过程会分解蛋白质、脂肪、糖和营养物质，产生有毒和难闻的生物胺。在这些物质中，氨气（NH₃）具有最显着的气味释放强度。因此，NH₃通常被视为监测海鲜新鲜度的信号。为实现对海鲜新鲜对的智能和实时监测，文中首先使用智能手机颜色识别软件读取被不同浓度NH₃熏蒸后的PAA-FP的R、G、B值，并进行分析，以验证海鲜新鲜度监测的可行性。结果表明，PAA-FP的G值与NH₃浓度间存在良好的线性关系（R²=0.993）。因此，文中进一步使用PAA-FP对海鲜新鲜度进行监测。研究表明，随着存放时间的延长，白虾和小黄鱼逐渐变质，在此过程中，PAA-FP的颜色由淡黄色转变为深橙色，且此颜色变化可由裸眼分辨。通过智能手机颜色识别软件发现，PAA-FP的G值随存放时间的延长逐渐降低，且其G值与存放时间呈良好的线性关系（白虾：R=-0.983，小黄鱼：R²=0.985），这与上述NH₃检测过程的结果一致，证明了PAA-FP用于海鲜新鲜度实时监测的可行性。

图4海鲜新鲜度监测

相关成果以“Fly-antennae-inspired biomass-based fluorescent platform for NH₃ quantitative detection and visual real-time monitoring of seafood spoilage”为题发表在Journal of Hazardous Materials（Journal of Hazardous Materials, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.128868）上。陕西科技大学硕士研究生陈立娟为本论文的第一作者，通讯作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院的姜慧娥副教授和刘新华副教授。感谢国家自然科学基金、中国博士后科学基金、陕西省高校科学技术协会青年人才支持计划等项目对本工作的大力支持！

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128868

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