超分子OFET感測器，現場秒測冰毒

知識 10-13

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目前，全球各國都面臨著安非他明（amphetamine）類興奮劑濫用的嚴峻挑戰，其中「名氣」最大的莫過於「冰毒」——甲基安非他明。想必看過經典美劇《絕命毒師》的人都知道，冰毒製造相對簡單，成本低廉，利潤豐厚，是諸多販毒團伙的搖錢樹。各國政府紛紛加強安非他明類毒品的監管，不過要從生物樣本（如尿樣）中檢測安非他明類毒品，往往需要專業的實驗室、昂貴的儀器以及經過專業培訓的操作人員，耗時長，無法做到執法現場的快速檢測。因此，開發一種迅速、低成本、便攜的安非他明類毒品檢測設備就成為相當迫切的需求。

近日，韓國基礎科學研究所（IBS）的Kimoon Kim和Ilha Hwang以及浦項科技大學（POSTECH）的Joon Hak Oh等研究者開發了一種快速方便的新型攜帶型安非他明類毒品檢測設備，可用於現場檢測，幾秒鐘內即可出結果，不需要將樣品送到實驗室，甚至還能將結果發到智能手機上。相關論文發表於Cell Press旗下的Chem雜誌。

圖1. 高靈敏度有機場效應晶體管感測器。圖片來源：Chem

這種攜帶型檢測設備的核心是一種有機場效應晶體管（OFET）感測器（圖1），而感測器中的關鍵功能分子是能快速結合併高選擇性檢測安非他明類毒品的葫蘆脲CB[7]（cucurbit[7]uril）衍生物（圖2A）。葫蘆脲CB[7]衍生物作為主體分子可以和安非他明類客體分子結合，其中葫蘆脲的空腔以及羰基通過憎水作用和離子-偶極作用將安非他明類分子包裹於其中，形成1：1的複合物，結合常數高達106M-1。作者也給出了葫蘆脲CB[7]衍生物分別與安非他明（圖2B）及冰毒（圖2C）結合的晶體結構。

圖2. 葫蘆脲CB[7] 衍生物及與安非他明類分子的結合。圖片來源：Chem

安非他明類興奮劑與葫蘆脲CB[7]衍生物的結合會改變分子的電子分布，所產生的變化會被OFET捕捉並輸出電信號，從而能以很高的靈敏度檢測液體樣本中的毒品。實驗結果表明，這種OFET感測器對安非他明類分子的檢測靈敏度在水溶液中可達到皮摩爾級，在尿液中的可達到納摩爾級。如果將這種OFET感測器與集成電路（含有電池、天線、USB介面等）結合，整個檢測裝置就可以放置在一個「手環」中（圖3D），非常便攜，而且檢測結果還可以通過藍牙無線傳輸到指定的智能手機上（圖3C）。