化學戰劑(Chemical warfare agents,CWA)是能夠在戰場上造成大規模傷亡的有毒化合物,依作用機制主要分為起泡劑、神經毒劑、血液毒劑等三大類。其中,起泡劑芥子氣(sulfur mustard)有「化學武器之王」之稱,在伊朗伊拉克戰爭中造成至少10萬人傷亡,且禁止化學武器組織(OPCW)已確認其在敘利亞內戰中遭到使用;神經毒劑和血液毒劑,是唯二在低濃度下即可造成大規模傷亡的致命性化學武器,2018年馬來西亞和2019年倫敦的毒劑攻擊事件說明了這些毒劑的危害性。面對這些威脅,如何在現場快速、準確地偵測出化學武器,是亟待解決的課題。現有且最常見的儀器分析方法是,離子遷移質譜法、紅外光譜法和拉曼光譜法,但這些方法普遍存在假陽性率高、成本昂貴,以及樣品前處理繁瑣等問題。另一方面,以特定化學反應為基礎的小分子螢光感測法,則因操作簡便、靈敏度高且可即時原位監測而備受關注。然而,現有的螢光感測器的開發,主要集中在針對單一類別化學武器的偵測,所以其實際應用相當受限。如果能夠在單一感測器上同時偵測起泡劑、神經毒劑和血液毒劑三種不同類別的化學武器,那麼這將對社會安全有很大的貢獻。
近日,中國海軍醫科大學等研究機構的研究團隊,成功設計並合成了新型螢光感測器TrioAlert,這也是目前已知第一個能夠同時偵測芥子氣、沙林(G型神經毒劑)和氰化物三種化學武器的感測器。在分子設計上,咪唑基作為識別芥子氣和沙林的位點:兩者分別透過N-烷基化和N-磷酸化作用於苯并咪唑氮原子,使560 nm 處的螢光在數秒至60秒內淬滅,溶液由黃色轉為紅色。氰化物的識別則利用香豆素(coumarin)骨架的C-4位:在C-3位引入拉電子的α,β-不飽和酮連接臂,活化C-4位使其能被氰離子進行Michael-type親核加成,導致C-4碳雜化從sp²轉為sp³,螢光波長從560 nm藍移至442 nm,溶液由黃色變為無色。TrioAlert 對三種化學武器的偵測下限(在DMF中)分別為58.5 nM、46.2 nM和53.4 nM,且在4-80 °C 及pH 4至10的條件下均保持穩定。