毒品的非法流通与滥用是威胁全球公共卫生与社会安全的重大隐患。甲基苯丙胺（METH，俗称“冰毒”）是滥用最广泛的合成毒品之一，具有极强的成瘾性和神经毒性。传统检测方法依赖气相色谱-质谱联用等大型仪器，操作复杂、耗时长，且往往需要较大样本量和繁琐的前处理步骤，难以满足禁毒一线对微量样本进行现场快速筛查的需求。开发一种能够在微量生物样本中实现快速、灵敏、精准检测的技术，成为公共安全领域的迫切任务。4月14日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）研究团队开发了一种基于MXene纳米材料的电化学传感平台，可在90秒内实现了对血清、唾液、尿液等微量样本中METH的直接、高灵敏定量检测，为毒品现场精准筛查提供了全新方案。相关成果以"Rapid and Direct Detection of Methamphetamine in Biofluids using a MXene-Enabled Electrochemical Sensor"为题，作为封面论文发表于学术期刊Advanced Science。
期刊内封面图
为克服传统传感器对微量样本响应弱的问题，研究团队利用二维纳米材料MXene构建了高亲和力敏感表面，并结合理论模拟与实验验证，系统解析了METH的信号产生和增强机制。
研究发现，METH分子中的脂肪族仲胺基团（-NH）是电化学氧化的核心活性位点。MXene的层状结构加速了电荷转移，其丰富的表面官能团有效增强了METH分子与电极表面的相互作用频率与强度。二者协同促进了METH的电化学氧化过程，放大响应电流，显著提升了传感器对微量样本的检测灵敏度与信号稳定性。这一机理研究为高性能电化学传感器的理性设计奠定了理论基础。
微观相互作用机制：METH在MXene传感界面的信号产生及信号增强机理研究
打破“时间与样本量壁垒”：90秒实现微量样本精准检测该电化学传感平台在实际测试中展现出优异的分析性能。检测范围覆盖2 ng/mL至50 μg/mL，可同时满足痕量筛查与高浓度验证需求。单次检测时间仅需90秒，实现了从传统“小时级”实验室分析到“分钟级”现场快筛的技术跨越。
该平台已成功应用于血清、唾液、尿液等微量生物样本中METH的直接定量分析。传感器检测性能满足中国与美国对METH现场初筛的浓度阈值要求，尤其适用于样本量有限、需快速精准定量的执法稽查、毒品监管及公共卫生监测等场景。
传感器性能：90秒内实现多种微量生物样本中METH的精准定量分析
本研究是深圳先进院内部跨所协同创新的典范。医工所传感中心、医工所医学人工智能中心与脑所内尔神经可塑性诺奖实验室紧密合作，形成了“材料-器件-机制-应用”全链条闭环研究模式。医工所传感中心杨慧研究员团队负责传感器平台的整体设计与构建。团队开发了基于MXene纳米材料的敏感界面，优化了核心工艺与检测参数，完成了传感器在血清、唾液、尿液等微量样本中的性能评估，为快速、灵敏检测提供了核心器件与系统方案。医工所医学人工智能中心张翊正高级工程师团队承担理论模拟与机制解析任务。团队利用密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟，系统揭示了METH分子在MXene界面的吸附行为、氢键相互作用模式及信号增强机理，从原子层面阐明了传感器优异性能的来源，为传感界面的理性设计提供了理论依据。脑所内尔神经可塑性诺奖实验室朱英杰研究员团队负责动物模型构建与真实生物样本验证。在深圳毒品联合实验室和可持续发展专项的支持下，团队建立了甲基苯丙胺（METH）静脉注射的大鼠模型，采集给药后的血清样本，并完成传感器检测结果与质谱（MS）参考方法的对比分析，验证了传感器在复杂真实生物基质中的准确性和实用性，推动了技术向禁毒一线应用转化。三个团队优势互补、协同攻关，这一“理论研究—器件构建—应用验证”一体化范式，显著加速了新型毒品快检技术的研发进程，解决了毒品现场快速检测中灵敏度、分析速度、微量样本适应性之间的平衡问题，有力推动了检测技术向现场化、即时化、精准化方向发展，在公安禁毒、临床诊断及公共卫生等领域展现出广阔的应用前景。未来，研究团队将进一步推进传感系统的微型化与智能化开发，推动其与智能手机等移动终端的深度集成，旨在打造便携式、即时化的智慧禁毒设备，为社会安全与公共健康保护提供技术支撑。
深圳先进院医工所传感中心杨慧研究员、医工所医学人工智能中心张翊正高级工程师和脑所内尔神经可塑性诺奖实验室朱英杰研究员为论文的共同通讯作者，博士后王日为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳市科技创新委员会以及云南省毒品成瘾医学技术创新中心的支持。
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