面向“健康中国2030”国家重大需求战略指引，实现呼出气中病理标识物的精准监测具有重要意义。氨气作为肝肾疾病的生物标志物，肝肾异常代谢会导致氨分子在体内不完全转化和积累，患者血液和呼气中的氨浓度显著高于一般人群。实现痕量氨气的快速精准检测，将有望替代传统耗时的血氨检测，成为肝肾疾病早期呼吸诊断、实时生理检测的新途径。
分子辨识分离材料组联合山西省白求恩医院消化科姚佳主任课题组，近日在氨气荧光检测领域取得重要进展，实现了肝肾患者呼出氨的精准检测和病程的早期诊断。以我校作为第一单位在Cell子刊《Chem》发表题为 “Encapsulation of metal nanoclusters into hydrogen-bonded organic frameworks for double-response-reverse ammonia fluorescence sensing”研究论文。《Chem》是国际化学领域顶级期刊，也是Cell旗下的姊妹刊，2024年度影响因子为19.1。
研究团队在前期工作中通过甲基官能化构筑疏水MOF材料（CH3-Cu-BTC、CH3-Cu(BDC)），基于铜氨络合实现ppm级氨气的显色传感（Chin. Chem. Lett. 2024, 35, 108779；Dalton Trans. 2024, 53, 6802）；并且首次使用多晶MOF构筑金属氧化物半导体传感器（PH-Co3O4），利用Kirkendall效应实现真实肝脏患者的呼气分析（Sensor Actuator B-Chem., 2024, 411: 135701）。
在此基础上，李立博教授课题组通过发光金属纳米团簇和π堆叠-氢键有机框架（HOF）的精准组装，创造性地开发了针对氨气检测的双响应反向比率型荧光传感器（Pt2Cu4@HOF-101）（图1），从根源解决了传统传感器抗湿性能差的问题，并且通过反向荧光信号有效避免单响应荧光传感器普遍存在的假阳性响应。
图1. Pt2Cu4@HOF-101的构筑及双响应反向氨气荧光传感
相比于单响应荧光增强型的HOF-101材料，所制备双响应Pt2Cu4@HOF-101荧光材料展示出更宽的变色区间和明显的颜色切换。对痕量氨气具有高灵敏的响应能力，检测下限达到0.7 ppm，超越了目前所报道的大多数有机框架氨气荧光传感材料。在系列人体常见呼出气选择性测试中，Pt2Cu4@HOF-101对氨气展示出优异的选择性。通过联合山西省白求恩医院姚佳主任团队，对收集的数十位肝性脑病患者真实呼气进行了氨气浓度的精准检测，建立了Pt2Cu4@HOF-101荧光分析呼气浓度数据库，结果显示呼气氨检测浓度与患者血氨水平保持高度正相关关系（图2），为肝肾病患者的无创诊断和病程监控提供了一条新的可行路径。
图2. Pt2Cu4@HOF-101用于实际肝性脑病患者呼气分析
论文通讯署名单位为太原理工大学化学与化工学院，通讯作者为太原理工大学李立博教授和福建师范大学陈邦林教授，第一作者为太原理工大学2022级博士研究生王宇馨和山西省白求恩医院消化科姚佳主任。
该论文获得国家自然科学基金面上项目的资助；感谢太原理工大学凌丽霞教授提供的计算帮助，感谢上海科技大学马延航教授、重庆大学张大梁教授提供的三维电子衍射和球差电镜技术支持！
Yuxin Wang†, Jia Yao†, Shitao Wu, Chao Zhi, Lifei Yin, Zhengxuan Song, Jing Wang, Lixia Ling, Yanhang Ma, Daliang Zhang, Jinping Li, Libo Li*, Banglin Chen*, Encapsulation of metal nanoclusters into hydrogen-bonded organic frameworks for double-response-reverse ammonia fluorescence sensing, 2025, 10.1016/j.chempr.2025.102457
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929425000476
