近年來，氨氣被證實是腎臟、肝臟疾病的重要生物標(biāo)志物，在臨床中常被用來判斷疾病的發(fā)病過程及藥物的使用療效。在國家大健康和精準(zhǔn)醫(yī)療的政策指引下，實現(xiàn)呼出氣中痕量氨氣的快速精準(zhǔn)檢測，將有望替代傳統(tǒng)滯后的血氨檢測，成為肝腎疾病早期呼吸診斷、實時生理檢測的新途徑。

在以前的研究中，大多數(shù)氨氣檢測依賴于器件復(fù)雜的電化學(xué)傳感設(shè)備，存在成本高、易受干擾等問題。近年來，金屬有機骨架材料在氨氣顯色傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，受到研究者們的高度關(guān)注。然而，由于水分子、氨分子在極性和配位能力方面的相似性，要實現(xiàn)高濕度下金屬有機骨架材料對極低濃度氨氣含量的顯色傳感，仍然十分困難。

近日，太原理工大學(xué)李立博聯(lián)合山西白求恩醫(yī)院姚佳，構(gòu)筑了甲基功能化三羧酸的銅基金屬有機骨架材料，實現(xiàn)了對肝腎病人呼出氣中的氨氣含量高靈敏檢測。該成果以《甲基官能化的銅基金屬有機骨架材料實現(xiàn)高濕度下氨氣顯色傳感》為題，發(fā)表于《中國化學(xué)快報》英文版期刊。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山西省136振興醫(yī)療工程(普外科)、山西省科技指導(dǎo)性專項項目、山西省基礎(chǔ)研究項目的支持。

實時監(jiān)測呼出氣中氨氣含量的主要挑戰(zhàn)是如何在高濕度條件下找到氨氣傳感金屬有機骨架材料的選擇性和靈敏度之間的平衡。通過調(diào)控金屬有機骨架材料中銅離子的特殊配位環(huán)境，利用其與氨氣分子形成的分子識別相互作用，導(dǎo)致明顯的顏色變化，從而為低濃度氨氣傳感提供了可行的途徑。

銅基金屬有機骨架材料實現(xiàn)肝腎病人呼出氣中氨氣檢測。研究團隊供圖

該工作在銅基金屬有機骨架材料中精準(zhǔn)引入疏水的甲基，構(gòu)建了甲基功能化三羧酸的銅基金屬有機骨架材料，通過甲基的引入有效改變了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電子云密度，使其能夠在高濕度條件下表現(xiàn)出更強的氨氣檢測能力，對5ppm氨氣具有優(yōu)異的響應(yīng)，從而表現(xiàn)出明顯的顏色變化。通過密度泛函理論模擬，確定了氨氣分子與甲基功能化三羧酸銅基金屬有機骨架材料的相互作用強于水分子，為實驗結(jié)果提供了理論依據(jù)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108779

來源：中國科學(xué)報