科研进展

9721见好就收才是赢登录网站超灵敏荧光传感检测合成大麻素JWH-018取得进展

发布时间:2023-02-03

JWH-018为代表的合成大麻素是一类具有数千种变体结构的新精神活性物质,能够与人体内的CB1CB2受体结合并产生作用,其结合能力是作为传统大麻类毒品中有效成分四氢大麻酚(THC)和大麻二酚(CBD)的100倍,能够导致心脏毒性、精神疾病、癫痫、诱导自杀等十分严重的毒副作用。由于该类物质的结构变体丰富、药效强劲、监管困难等特点,合成大麻素正越来越多地成为传统毒品的替代品被大规模滥用。例如:尽管在2021年合成大麻素类物质已经被整类列管,但涉及合成大麻素的毒品犯罪案件仍在持续上扬。因此,高灵敏的合成大麻素检测方法对维护人民健康和公共安全具有重要意义。

目前,合成大麻素类物质的检测主要依赖于大型仪器,包括高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)、气象色谱-质谱(GC-MS)、核磁共振(NMR)、表面增强拉曼(SERS)和电化学方法。然而,由于存在样品制备繁琐、仪器昂贵、技术门槛高和易受干扰等问题,这些方法的现场快速检测应用严重受限。与这些实验室技术相比,可视化检测技术(比色法和荧光法)由于结果读取简便、便携、易于操作和维护,更适合于现场检测。然而,以JWH-018为代表的合成大麻素结构简单,仅由羰基链接的烷基链取代吲哚环和萘环构成,缺乏具有高反应活性的识别位点,难以基于传统的以识别基团为核心的设计策略进行荧光探针设计。因此,如何从分子间的非反应型电子交互出发,通过挖掘组装体的光物理性质调控机制,提出全新的荧光探针设计理念,指导探针结构设计,发展能够快速、特异的合成大麻素传感新方法以解决这些亟待解决的问题颇具挑战。

针对于此新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队创新性地提出了基于液滴蒸发动力学的自组装精细调控策略,设计了可与合成大麻素JWH-018发生多重分子间相互作用的萘酰亚胺荧光探针,实现了对JWH-018的高灵敏、高特异荧光点亮传感。研究人员结合理论计算,系统研究并揭示了探针-JWH-018组装体的显著蓝移的强荧光发射来源于其S2激发态的分子间空间电荷转移。在疏水基底上的混合溶液液滴挥发过程中,由于液滴内部的毛细流效应和Marangoni效应,萘酰亚胺荧光探针与JWH-018分子在三相交界线发生聚集,并在分子间的氢键作用、π-π相互作用和范德华力作用下形成特定的层状组装结构,该结构在光激发后在S2态发生由JWH-018到萘酰亚胺探针的分子间空间电荷转移,从而产生特殊的蓝绿色荧光。此外,研究发现,通过基底表面张力、环境温度和液滴尺寸等参数控制,实现三相交界线的可控收缩是获得易于观测的荧光传感信号的基础。该荧光传感方法的检出限为78 ng,并且对与传统毒品(海洛因、可卡因、吗啡、大麻、鸦片、摇头丸、K粉、冰毒)、新精神活性物质(PCP、美沙酮、巴比妥、芬太尼、色胺、阿普唑仑、5F-MDMB-PICA5F-ADB)、结构类似物(JWH-071、萘、吲哚)均表现出了良好的选择性。并且通过构建传感芯片,更进一步实现了对模拟呼出气中含有的JWH-018的超灵敏识别,验证了该策略作为吸毒人员现场快速筛查的实用性。

该研究提出的基于双分子自组装实现分子之间的空间电荷转移,操纵组装体的光物理性质是一种全新的荧光探针设计理念,有望为光物理机制主导的其他非反应性化学物质的分子识别、为光电材料的设计、基于组装的功能材料的概念化提供新思路。

相关成果以“Intermolecular Through-space Charge Transfer Enabled by Bicomponent Assembly for Ultrasensitive Detection of Synthetic Cannabinoid JWH-018”为题发表于Aggregate期刊,论文第一作者为石河子大学与新疆理化技术研究所联合培养的硕士研究生刘朝干和新疆理化技术研究所的博士研究生肖芳芳,通讯作者为窦新存研究员、李毓姝副教授和顾承志副教授。该工作得到了国家自然科学基金、新疆自治区国际合作项目、中科院从01原始创新项目、9721见好就收才是赢登录网站西部之光等项目的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1002/agt2.315

1 双组分自组装驱动分子间空间电荷转移实现合成大麻素JWH-018超灵敏荧光传感

a) 双组分组装体空间电荷转移(TSCT)荧光发射与聚集诱导猝灭发光机制对比示意图;

b) 双组分组装体发光过程中的能量转移过程示意图;

c) 萘酰亚胺荧光探针与JWH-018组装示意图;

d) 液滴蒸发驱动双组分组装荧光点亮示意图;

e) 组装体在365 nm紫外光下的荧光图像及光谱;

f) 与其他常见毒品和结构类似物相比,该方法对JWH-018的选择性;

g) 传感芯片实际应用场景中JWH-018鉴别逻辑流程的大量数据验证