化学科学学院田志远课题组在化学武器毒剂荧光探测方面取得进展

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  • 发布于 2018-04-08
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在最近更新的、由美国化学会出版的分析化学领域国际权威期刊Analytical Chemistry网站上,在线发表了中国科学院大学化学科学学院田志远教授课题组有关化学武器毒剂探测的研究论文A turn-on fluorescent probe for detection of sub-ppm level sulfur mustard simulant with high selectivity Anal. Chem, Article ASAPDOI: 10.1021/acs.analchem.8b01057)。这项研究中设计构建的新型荧光探针基于芥子气(sulfur mustard)介导的亲核反应、通过构象转化形成具有强发光特性的硫派洛宁衍生物,从而实现对芥子气的荧光探测,且检测限低至0.25 ppm/min的尺度(芥子气模拟物CEES在化学反应能力上为“半芥子气”)。这是该课题组最近在设计构建用于化学武器毒剂探测的光学活性探针方面取得的又一重要进展。

 芥子气被称为“化武毒剂之王”,是迄今生产、储存乃至使用量最多的一种化学武器,曾在第一次世界大战和其后的武装冲突中导致上百万人的伤亡;时至今日,这种臭名昭著的毒剂仍然可能会以意外泄露、恐怖袭击、武装冲突中的使用等方式对民众的健康乃至生命安全造成潜在威胁。根据美国环保署为应对化学毒剂意外泄露、恐怖袭击等紧急情况而制定的“急性暴露指南标准(Acute exposure guideline levels, AEGLs)”中有关芥子气剂量等级的划分以及毒气致毒效应的Haber定律 (Haber’s Law),低于0.6 ppm/min的芥子气急性暴露不会对人体造成可观察到的不良反应,因而该浓度可被认为是芥子气急性暴露的安全上限水平(ceiling level)。对芥子气0.25 ppm/min的探测灵敏度使得该课题组所构建的这种探针成为首个检测限值在芥子气安全上限水平之下的荧光探针。

 该课题组还设计构建了可对光气(phosgene)进行高选择性、高灵敏度探测的新型荧光探针。光气也是一种高致命性的化学武器毒剂,第一次世界大战中因化学武器毒剂而致死的个案中有近百分之八十由光气所导致。对于遭遇急性暴露的民众而言,无害水平的光气浓度阈值约为25 ppm/min,光气的一个毒理学特征是患者吸入光气后会经历长达48小时的“潜伏期”、紧随潜伏期之后患者即发生典型的肺水肿等危及生命的并发症。光气的上述特征使得迅速探测到浓度低于安全阈值的光气、在光气对暴露人群造成致命性伤害之前及时警示具有重要意义。实验结果表明该课题组发展的荧光探针能够在1分钟的时间内对0.5 ppm的光气做出明确的警示性响应;该探测对光气的检测限(0.5 ppm/min)低至光气安全阈值浓度的五十分之一,能够保证特定情况下对痕量光气的有效探测;该探针在对光气的识别特异性上也明显优于商品化的光气探测徽章产品。有关模型化合物的对比研究结果表明该探针特定的识别基团及发色团与其超快响应速度和探测灵敏度密切相关。相关研究成果(A BODIPY-based fluorescent probe for detection of subnanomolar phosgene with rapid response and high selectivity)发表在美国化学会旗下的学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces (2017, 9, 13920-13927)

 以上工作得到了国家自然科学基金、中国科学院科研装备研制项目、中国科学院大学的经费支持;中国科学院大学材料学院黄继军副教授、彭爱东副教授对该工作有贡献。