經(jīng)由發(fā)光猝滅檢測(cè)分析物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及分析物、特別是爆炸物或爆炸物相關(guān)物質(zhì)的檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 即使在低濃度下可靠地檢測(cè)特定化合物的能力是持續(xù)的挑戰(zhàn)，且持續(xù)需要提供實(shí) 現(xiàn)該目的的新型方法和設(shè)備。特別迫切需要檢測(cè)通常用于恐怖分子襲擊和戰(zhàn)區(qū)的爆炸物和 爆炸物相關(guān)化合物。盡管經(jīng)常談?wù)撆K彈、生物和核恐怖主義W及簡(jiǎn)易爆炸裝置（I邸)，大部 分武器仍使用硝基芳族和硝基脂族物質(zhì)作為爆炸物、引爆劑、促進(jìn)劑或爆炸物示蹤劑。因 此，仍明確需要能W適當(dāng)?shù)母哽`敏度和選擇性檢測(cè)該些物質(zhì)。
[0003] 許多商購(gòu)傳感器依賴于目標(biāo)分析物（目標(biāo)分子）存在于環(huán)境中時(shí)產(chǎn)生的次級(jí)產(chǎn)物 的檢測(cè)。例如，在該類傳感器中，目標(biāo)分析物可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)分解W產(chǎn)生另一種分子，然后 檢測(cè)該分子本身。該檢測(cè)方法實(shí)際上是間接的，同時(shí)靈敏度由于從取樣到檢測(cè)所耗的時(shí)間 而可能稍顯低效。其它檢測(cè)方法要求直接接觸取樣。后面該些方法的缺點(diǎn)在于，它們依賴 于其中存在有待取樣（例如擦拭）爆炸物分析物的基材的特定區(qū)域。
[0004] -種直接檢測(cè)目標(biāo)分析物的方法依賴于使用發(fā)光化合物。當(dāng)一些化合物暴露于特 定波長(zhǎng)的光時(shí)，它們吸收光（光致激發(fā)）并發(fā)射出不同波長(zhǎng)的光（發(fā)光，其可為巧光或磯 光）?？蓽y(cè)量/檢測(cè)該發(fā)射出的光。然而，某些分析物分子還可與（激發(fā)的）發(fā)光化合物相 互作用，從而導(dǎo)致發(fā)射光的強(qiáng)度提高或降低。也可檢測(cè)該變化，且因此可用于指示分析物分 子的存在。體現(xiàn)發(fā)光巧滅方法的傳感器可商購(gòu)獲得。傳感材料由含發(fā)光共輛聚合物的薄膜 組成。該些傳感器可表現(xiàn)出高靈敏度，但就選擇性而言存在改進(jìn)的空間，尤其是當(dāng)試圖檢測(cè) 爆炸物或爆炸物相關(guān)物質(zhì)時(shí)。由于日用品如化妝品、咖啡和溶劑可導(dǎo)致與爆炸物和爆炸物 相關(guān)物質(zhì)相同的發(fā)光強(qiáng)度定性降低，因此可發(fā)生假陽(yáng)性的情況。該對(duì)該些現(xiàn)有共輛聚合物 傳感器的適用性是極大的限制。
[0005]與該背景相反，希望提供一種不具有該些缺點(diǎn)的傳感器技術(shù)。特別希望提供一種 傳感器技術(shù)，其對(duì)關(guān)鍵分析物如爆炸物和爆炸物相關(guān)物質(zhì)顯示出高靈敏度，且允許通過(guò)本 身對(duì)那些分析物具有特異性和選擇性的特征響應(yīng)識(shí)別該類關(guān)鍵分析物的存在。W此方式， 日常化學(xué)品的存在將給出與所需爆炸物和爆炸物相關(guān)物質(zhì)不同的響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)分析物的方法，所述方法包括：
[0007] (i)使含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的發(fā)光化合物與分析物相互作用并測(cè)量所述化合物由 于暴露于該分析物的發(fā)光性質(zhì)；
[0008] (ii)檢測(cè)在步驟（i)中測(cè)得的發(fā)光性質(zhì)與所述化合物在步驟（i)中的發(fā)光性質(zhì)測(cè) 量之前的發(fā)光性質(zhì)之間的差異；和
[0009] (iii)基于在步驟（ii)中檢測(cè)到的發(fā)光性質(zhì)差異確定是否存在分析物。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種用于基于發(fā)光響應(yīng)檢測(cè)分析物的傳感元件，所述傳感元件包 括作為涂層提供在基材上的含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的發(fā)光化合物。所述傳感元件用于使用本 發(fā)明方法的傳感器設(shè)備中。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種用于基于測(cè)得的發(fā)光變化而檢測(cè)分析物的傳感器設(shè)備，所述 傳感器設(shè)備包括本發(fā)明的傳感元件。所述傳感器設(shè)備使用本發(fā)明的方法。
[0012] 除非上下文另外要求，否則在整個(gè)說(shuō)明書和隨后的權(quán)利要求中，措辭"包含"及變 型如"包括"和"含"應(yīng)理解為意指包含所述的整體或步驟，或整體或步驟的組，但不排除任 何其它整體或步驟，或整體或步驟的組。
[0013] 在本說(shuō)明書中，提到的任何在先公開文獻(xiàn)（或由其推導(dǎo)出的信息）或者任何已知 內(nèi)容不被且不應(yīng)被視為承認(rèn)或認(rèn)可或W任何方式暗示該在先公開文獻(xiàn)（或由其推導(dǎo)出的 信息）或已知內(nèi)容構(gòu)成本說(shuō)明書試圖設(shè)及的領(lǐng)域中的公知常識(shí)的一部分。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 參照附圖闡述本發(fā)明的實(shí)施方案，在所述附圖中：
[0015] 圖1為傳感設(shè)備的組件的示意圖；
[0016] 圖2為當(dāng)常規(guī)共輛聚合物傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于時(shí) 間的圖；
[0017] 圖3為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng) 度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0018] 圖4為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng) 度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0019] 圖5為當(dāng)包括不含=芳基胺的樹枝狀大分子的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光 致發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0020] 圖6為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng) 度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0021] 圖7為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng) 度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0022] 圖8為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng) 度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0023] 圖9為當(dāng)包括實(shí)施例6的=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于溶于各種日常化學(xué)品 和化學(xué)品組合中的對(duì)硝基甲苯（pNT)時(shí)，光致發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0024] 圖10a為當(dāng)包括圖1化所示S芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光 致發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[00巧]圖11為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光 強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的圖；
[0026] 圖12為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于各種分析物時(shí)，光致發(fā)光 強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的圖；和
[0027] 圖13為當(dāng)包括所示=芳基胺化合物的傳感設(shè)備暴露于不同分析物時(shí)，光致發(fā)光 強(qiáng)度相對(duì)于時(shí)間的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)某些包含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的化合物在暴露于特別感興趣的分 析物分子（即爆炸物和爆炸物相關(guān)物質(zhì)）時(shí)，顯示出特征發(fā)光響應(yīng)。該響應(yīng)特性意味著該 些化合物在所述的直接傳感方法學(xué)類型中具有很大的潛力。與所述方法相關(guān)的基本機(jī)理當(dāng) 然是已知的，但本發(fā)明被認(rèn)為代表了本領(lǐng)域中的顯著進(jìn)步。
[0029] 廣義而言，本發(fā)明的方法包括；
[0030] (i)使含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的發(fā)光化合物與分析物相互作用并測(cè)量所述化合物在 暴露于該分析物期間的發(fā)光性質(zhì)；
[0031] (ii)檢測(cè)在步驟（i)中測(cè)得的發(fā)光性質(zhì)與所述化合物在步驟（i)中的發(fā)光性質(zhì)測(cè) 量之前的發(fā)光性質(zhì)之間的差異；和
[0032] (iii)基于在步驟（ii)中檢測(cè)到的發(fā)光性質(zhì)差異確定是否存在分析物。
[0033] 就本發(fā)明的方法而言，步驟（ii)可各種方式進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，該步 驟可基于在步驟（i)中測(cè)量發(fā)光性質(zhì)之前對(duì)所述含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的化合物的發(fā)光性 質(zhì)的實(shí)際測(cè)量進(jìn)行。在該實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)分析物的方法，所述方法包 括：
[0034] (a)激發(fā)含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的發(fā)光化合物并測(cè)量所述化合物的發(fā)光性質(zhì)；
[0035] 化）使所述化合物與所述分析物相互作用并測(cè)量所述化合物由于暴露于分析物的 發(fā)光性質(zhì)；
[003引 （C)檢測(cè)在步驟（a)和化）中測(cè)得的發(fā)光性質(zhì)的差異訊
[0037] (d)基于在步驟（C)中檢測(cè)到的發(fā)光性質(zhì)差異確定是否存在分析物。
[0038] 該實(shí)施方案依賴于因發(fā)光化合物暴露于分析物而導(dǎo)致測(cè)得的發(fā)光性質(zhì)發(fā)生變化。 該實(shí)施方案的實(shí)時(shí)實(shí)施包括在對(duì)分析物取樣之前，激發(fā)并測(cè)量發(fā)光性質(zhì)。為了獲得可相對(duì) 于其評(píng)估發(fā)光響應(yīng)的任何隨后變化的對(duì)照或基準(zhǔn)讀數(shù)，測(cè)定該化合物的初始發(fā)光響應(yīng)（即 在暴露于分析物之前）是重要的。
[0039] 在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明所用的=芳基胺化合物可對(duì)各種分析物顯示出有利的 選擇性。具體地，所述化合物可在爆炸物分析物和/或爆炸物示蹤劑存在下顯示出發(fā)光巧 滅。更具體地，所述化合物在包含一個(gè)或多個(gè)硝基的分析物和/或爆炸物示蹤劑存在下顯 示出發(fā)光巧滅。優(yōu)選地，所述化合物在硝基芳族分析物存在下顯示出發(fā)光巧滅。
[0040] 廣義而言，由于本發(fā)明提供了一種現(xiàn)有技術(shù)的可行替代方案，因此被認(rèn)為其是有 價(jià)值的。然而，特別的意義在于如下事實(shí)；當(dāng)與基于相同原理操作的現(xiàn)有傳感器中所用的化 合物（如共輛聚合物）相比時(shí)，根據(jù)本發(fā)明所用的=芳基胺化合物對(duì)某些分析物顯示出根 本不同的發(fā)光響應(yīng)。更特別地，本發(fā)明所用的=芳基胺化合物可對(duì)分析物顯示出特征發(fā)光 響應(yīng)，該響應(yīng)允許相對(duì)于會(huì)W另外方式影響檢測(cè)的日常化學(xué)品容易地檢測(cè)爆炸物和爆炸物 相關(guān)物質(zhì)。換言之，本發(fā)明所用的=芳基胺化合物可提供對(duì)爆炸物和爆炸物相關(guān)物質(zhì)的定 性檢測(cè)選擇性。更具體地，所述=芳基胺化合物可在爆炸物和爆炸物相關(guān)物質(zhì)存在下顯示 出可檢測(cè)的發(fā)光響應(yīng)（降低或提高），而在非爆炸物相關(guān)（日常）物質(zhì)如香料、咖啡等存在 下無(wú)發(fā)光響應(yīng)或無(wú)顯著發(fā)光響應(yīng)。在替代的實(shí)施方案中，所述=芳基胺化合物可在爆炸物 和爆炸物相關(guān)物質(zhì)存在下顯示出特定的發(fā)光響應(yīng)（例如降低），而在非爆炸物相關(guān)（日常） 物質(zhì)存在下顯示出相反的發(fā)光響應(yīng)（就所給實(shí)例而言，為提高）。當(dāng)檢測(cè)感興趣的分析物 時(shí)，該些響應(yīng)特性是有利的。
[0041] 當(dāng)根據(jù)本發(fā)明所用的=芳基胺化合物可用于選擇性檢測(cè)各種目標(biāo)分析物（并且 對(duì)任何給定化合物，可研究該范圍）時(shí)，據(jù)信所述化合物具有與選擇性檢測(cè)作為分析物的 爆炸物和爆炸物相關(guān)物質(zhì)有關(guān)的獨(dú)特價(jià)值。就本發(fā)明而言，該些分析物為含氮種類，且包括 爆炸物本身W及相關(guān)（功能性）物質(zhì)如促進(jìn)劑、爆炸物示蹤劑等。
[0042] 就具體實(shí)例而言，分析物可選自2, 4,6-S硝基甲苯（TNT高性能炸藥）、2,3-二硝 基-2, 3-二甲基了燒（通常用于Semtex爆炸物中的爆炸物示蹤劑）、2, 4, 6-S硝基間二甲 苯（TM)、2, 4, 6-S硝基氯苯（苦基氯）、2, 4, 6-S硝基苯酪（苦味酸）、苦味酸錠（炸藥 D)、2, 4, 6-S硝基間甲酪（TNC)、2, 4, 6-S硝基間苯二酪（收斂酸）、2, 4, 6-S硝基苯甲離 (TNA，苦味酸甲醋）、2, 4, 6-S硝基苯己離（TNP，苦味酸己醋）、2, 4, 6-S硝基苯胺（苦酷 胺，1-單氨基-2, 4, 6-S硝基苯，MTB)、1，3-二氨基-2, 4, 6-S硝基苯值A(chǔ)TB)、1，3, 5-S 氨基-2, 4, 6-S硝基苯（TATB)和2, 4, 6-N-四硝基-N-甲基苯胺（特屈兒，2, 4, 6-S硝基 苯基甲硝胺）、2-氨基-4, 6-二硝基甲苯、4-氨基-2, 6-二硝基甲苯、2-氨基-4-硝基甲苯、 3, 5-二硝基苯胺、1，3-二硝基苯、1，4-二硝基苯、1，2-二硝基苯、2, 4-二硝基甲苯、2, 3-二 硝基甲苯、2, 6-二硝基甲苯、硝基甲燒、3-硝基苯胺、2, 4, 6-=硝基苯胺、硝胺如1，3, 5-= 硝基全氨-1, 3, 5-二嗦、和硝基醋如[3-硝基氧基-2, 2-雙（硝基氧基甲基）丙基]硝酸 醋。應(yīng)理解的是，發(fā)現(xiàn)該些或其它硝化分析物可與其它化合物一起存在于爆炸物混合物中。 還應(yīng)理解的是，所述分析物必須具有足W進(jìn)行檢測(cè)的蒸氣壓。
[0043] 本發(fā)明依賴于使用某些具有特有結(jié)構(gòu)特征和光學(xué)性質(zhì)的特定化合物。就結(jié)構(gòu)而 言，所述化合物可廣泛地歸類為發(fā)光=芳基胺，=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的存在對(duì)所述化合物在 本發(fā)明上下文中的適用性被認(rèn)為是重要的。
[0044] 所述S芳基胺化合物必須還顯示出可用于本發(fā)明中的合適光學(xué)性質(zhì)。換言之，所 述化合物必須能與分析物分子相互作用，由此導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度的可檢測(cè)變化。優(yōu)選地，所述化 合物為巧光的。
[0045] 此外，可用于本發(fā)明中的S芳基胺化合物通常W固相、常常作為基材上的涂層/ 膜用于傳感器設(shè)備中。明顯重要的是所述化合物在W該形式提供時(shí)，保留所需的光學(xué)性質(zhì)。 下文將更詳細(xì)論述用于本發(fā)明上下文中的傳感器設(shè)備。
[0046] 更詳細(xì)地表征所述化合物的結(jié)構(gòu)，它們可被視為包含=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的共輛化 合物。一般而言，一個(gè)或多個(gè)，優(yōu)選一個(gè)共輛分子結(jié)構(gòu)結(jié)合至所述=芳基胺結(jié)構(gòu)部分的=個(gè) 芳基中的每一個(gè)上。所述共輛分子結(jié)構(gòu)W使得與芳基保持共輛的方式鍵合至芳基上。所述 共輛分子結(jié)構(gòu)可相同或不同。
[0047] 就本發(fā)明而言，術(shù)語(yǔ)"共輛分子結(jié)構(gòu)"意指包含至少5個(gè)碳原子具有提供電子離域 的交替單鍵和多重鍵的結(jié)構(gòu)。所述共輛分子結(jié)構(gòu)可包括締基、訣基和/或共輛環(huán)狀結(jié)構(gòu)部 分。與本發(fā)明中所用的=芳基胺化合物連接的共輛分子結(jié)構(gòu)的存在對(duì)所述化合物在本發(fā)明 上下文中的適用性是至關(guān)重要的。該可參照據(jù)信所述化合物在本發(fā)明中發(fā)揮作用的基本機(jī) 理理解。所述化合物對(duì)光子的吸收