新精神活性物质是当今全球公共卫生和禁毒执法领域面临的重大挑战。作为新型精神活性物质中的重要类别，合成卡西酮类物质具有强效的中枢神经兴奋和致幻活性，滥用后可导致严重的心血管毒性、高成瘾性以及显著的健康风险。因此，实现合成卡西酮类物质的快速、准确检测，已成为保障公共安全的重要需求。
针对这一挑战，中国科学院新疆理化技术研究所科研团队提出了基于π共轭调控多重非共价相互作用的双模分子识别策略。团队以激发态分子内质子转移(ESIPT)机制为基础，设计并合成了三种π共轭程度逐步增强的荧光探针IM-1、IM-2和IM-3。通过延伸芳香骨架，探针的电子离域能力和与目标分子的结合能力得到增强，其中IM-3表现出最优识别性能。
机制研究表明，IM-3可通过扩展π共轭芳香骨架与甲卡西酮分子中的苯环形成π–π堆积作用，同时由探针苯并咪唑结构中的N–H与甲卡西酮胺基氮形成定向N–H···N氢键，从而构建协同多点结合界面。目标分子结合后诱导光致电子转移(PET)过程并抑制ESIPT发光，使探针产生明显的荧光猝灭，同时溶液颜色由黄色褪为无色，实现荧光/比色双模式交叉验证检测。
在性能评估中，IM-3对甲卡西酮表现出快速响应和良好灵敏度：比色模式可在0.8秒内产生肉眼可见颜色变化，荧光模式可在2秒内响应；荧光和比色检测限分别为4.7 μM和6.6 μM；在0-100 μg/mL范围内呈现良好的定量响应。该探针对19种潜在干扰物表现出优异选择性和抗干扰能力，并可在pH 3-10、温度0-50 ℃条件下保持稳定响应，显示出适用于复杂场景快筛的分析可靠性。
在此基础上，研究团队进一步构建了固液分离式便携传感装置，将探针固载于纸基检测基底，并集成溶剂释放和395 nm紫外激发模块。该装置可在按压后定量释放200 μL探针溶液，待测样品滴加后即可通过荧光猝灭和颜色褪色进行判断。研究表明，该传感器能够在污水、血液、巧克力、饮料等复杂模拟基质以及真实案例样品中准确识别甲卡西酮；回收实验显示，血液样品回收率为86.8%-104.7%，污水、巧克力和饮料等基质回收率为83.5%-114.9%。相关结果为低亲核性惰性分析物的快速识别提供了可推广的分子设计思路，也为新一代双模现场快检技术开发奠定了基础。
相关成果以“Rapid and Specific Dual-Mode Recognition of Cathinone Derivatives Enabled by π-Conjugation-Tuned Multinoncovalent Interactions”为题发表在美国化学会期刊Analytical Chemistry上。硕士研究生吴天宇为论文第一作者，助理研究员李玉东博士、祖佰祎研究员和窦新存研究员为共同通讯作者。该研究工作获得国家资助博士后研究人员计划、新疆维吾尔自治区自然科学基金、新疆维吾尔自治区重点研发计划和自治区天池英才计划等项目资助。
