Research Progress on the Application of Novel Functional Materials for Rapid Detection of New Psychoactive Substances

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2025.350605

Abstract

Abstract:

New psychoactive substances （NPS） have the characteristics of rapid turnover, wide varieties, and high abuse potential. It has become a major threat to global public safety. Currently, the forensic identification of NPS faces certain challenges in detection methods for effectiveness, sensitivity, accuracy and resistance to matrix interference. Novel functional materials （NFM）, with their high specific surface area, designability, specific recognition capability and signal amplification effects, provide a new path for advancing rapid detection techniques for NPS. This paper systematically reviews the innovative applications of NFM in the rapid detection of NPS over the past decade. By summarizing and analyzing the research and applications of NFM in laboratory detection and on-site rapid screening, it outlines the characteristics and advantages of different types of materials. Combined with the development trends of NFM in intelligent material design, interdisciplinary integration and portable integrated devices, it provides theoretical references for the development of rapid detection methods for NPS, which is conducive to improving the rapid detection ability of NPS in “anti-drug combat”.

Key words: forensic medicine, toxicological analysis, new psychoactive substances, novel functional materials, rapid detection, review

CLC Number:

Yi-ming TIAN, Yi-bo YAN, Di WEN, Yan SHI. Research Progress on the Application of Novel Functional Materials for Rapid Detection of New Psychoactive Substances[J]. Journal of Forensic Medicine, 2025, 41(4): 314-325.

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[79]	SALEMMILANI R， MOSKOVITS M， MEINHART C D. Microfluidic analysis of fentanyl-laced heroin samples by surface-enhanced Raman spectroscopy in a hydrophobic medium[J]. Analyst，2019，144（9）：3080-3087. doi：10.1039/c9an00168a .
[80]	MCNEILL L， MEGSON D， LINTON P E， et al. Lab-on-a-Chip approaches for the detection of controlled drugs， including new psychoactive substances： A systematic review[J]. Forensic Chem，2021，26：100370. doi：10.1016/j.forc.2021.100370 .

材料类型	特点	使用场景	主要优势	局限性
磁性纳米材料	吸附能力强，具有磁性，表面易功能化修饰	作为MSPE的吸附剂核心，常用于污水^[4]和生物检材^[5]（血液、尿液）中NPS的快速富集和分离，实现痕量检测	操作简便、快速，可利用外磁场实现快速分离，减少有机溶剂用量，易于与自动化设备和便携式检测平台集成^[5]	存在选择性不足的问题，通常与分子印迹聚合物^[6]、适配体等材料结合或通过功能化修饰^[7]以满足实际检测需求
分子印迹聚合物	特异性强，结构稳定，可根据目标物结构设计以提高选择性	常用作固相萃取材料针对NPS进行识别^[8]，已广泛用于小分子化合物的分离；用作电化学传感器中电极修饰的关键材料^[9]，可有效提高对目标物的选择性	对于目标物具有类抗体的高选择性，制备成本低于生物抗体，物理性质和化学性质较稳定，可重复使用	对于模板分子结构类似物具有交叉反应性，难以区分结构类似物、同分异构体，存在“模板泄露”风险^[10]
适配体	具有高亲和力与特异性，方便设计合成，易于修饰	作为识别探针固定在固相载体或磁珠上，用于生物样本中特定NPS的高选择性萃取与富集。适配体试纸条可满足NPS现场快速检测的需求；亦可作为修饰物赋予金属有机框架^[11]、磁性纳米材料选择性，满足复杂基质中的检测需求	识别精度可媲美甚至优于抗体，开发周期较动物免疫法短，批次间差异小，可在非生理条件下使用	针对小分子NPS的高性能适配体筛选难度大^[12]、周期长；易被样品中的核酸酶降解；对新出现的NPS缺乏实时可用的适配体库
金属有机框架和共价有机框架	具有超高比表面积、有序可调的孔道结构	作为高效吸附剂，用于大体积样品（如污水）中超痕量NPS及其代谢物的广谱、高效富集	极高的吸附容量，可通过孔道工程实现基于尺寸和极性的筛分作用^[13]，为非靶向筛查提供可能	在水及复杂生物基质中的化学稳定性有待提高；对特定目标物的识别能力不足，常需与其他特异性材料复合使用^[11]

材料类型	特点	使用场景	主要优势	局限性
磁性纳米材料	吸附能力强，具有磁性，表面易功能化修饰	作为MSPE的吸附剂核心，常用于污水^[4]和生物检材^[5]（血液、尿液）中NPS的快速富集和分离，实现痕量检测	操作简便、快速，可利用外磁场实现快速分离，减少有机溶剂用量，易于与自动化设备和便携式检测平台集成^[5]	存在选择性不足的问题，通常与分子印迹聚合物^[6]、适配体等材料结合或通过功能化修饰^[7]以满足实际检测需求
分子印迹聚合物	特异性强，结构稳定，可根据目标物结构设计以提高选择性	常用作固相萃取材料针对NPS进行识别^[8]，已广泛用于小分子化合物的分离；用作电化学传感器中电极修饰的关键材料^[9]，可有效提高对目标物的选择性	对于目标物具有类抗体的高选择性，制备成本低于生物抗体，物理性质和化学性质较稳定，可重复使用	对于模板分子结构类似物具有交叉反应性，难以区分结构类似物、同分异构体，存在“模板泄露”风险^[10]
适配体	具有高亲和力与特异性，方便设计合成，易于修饰	作为识别探针固定在固相载体或磁珠上，用于生物样本中特定NPS的高选择性萃取与富集。适配体试纸条可满足NPS现场快速检测的需求；亦可作为修饰物赋予金属有机框架^[11]、磁性纳米材料选择性，满足复杂基质中的检测需求	识别精度可媲美甚至优于抗体，开发周期较动物免疫法短，批次间差异小，可在非生理条件下使用	针对小分子NPS的高性能适配体筛选难度大^[12]、周期长；易被样品中的核酸酶降解；对新出现的NPS缺乏实时可用的适配体库
金属有机框架和共价有机框架	具有超高比表面积、有序可调的孔道结构	作为高效吸附剂，用于大体积样品（如污水）中超痕量NPS及其代谢物的广谱、高效富集	极高的吸附容量，可通过孔道工程实现基于尺寸和极性的筛分作用^[13]，为非靶向筛查提供可能	在水及复杂生物基质中的化学稳定性有待提高；对特定目标物的识别能力不足，常需与其他特异性材料复合使用^[11]

目标物	检测技术	检材类型	检出限/（ng·mL^-1）	储存条件	结果判读方式	定性定量方式	文献
依托咪酯和美托咪酯	荧光免疫分析法	水	0.3	-	检测线显色	全定量	[71]
合成大麻素	间接竞争性ELISA法、胶体金免疫层析法	头发	0.024、0.046	-	检测线显色；实验室仪器检测	全定量	[72]
合成大麻素	侧流免疫分析法、ELISA法	口腔液	0.08、0.04	室温下干燥保存、-20 ℃保存	检测线显色；实验室仪器检测	全定量	[73]
2，5-二甲氧基- 4-溴苯乙胺	侧流免疫分析法、ELISA法	尿液	15、6	室温下干燥保存、-28 ℃保存	检测线显色；实验室仪器检测	全定量	[74]

目标物	检测技术	检材类型	检出限/（ng·mL^-1）	储存条件	结果判读方式	定性定量方式	文献
依托咪酯和美托咪酯	荧光免疫分析法	水	0.3	-	检测线显色	全定量	[71]
合成大麻素	间接竞争性ELISA法、胶体金免疫层析法	头发	0.024、0.046	-	检测线显色；实验室仪器检测	全定量	[72]
合成大麻素	侧流免疫分析法、ELISA法	口腔液	0.08、0.04	室温下干燥保存、-20 ℃保存	检测线显色；实验室仪器检测	全定量	[73]
2，5-二甲氧基- 4-溴苯乙胺	侧流免疫分析法、ELISA法	尿液	15、6	室温下干燥保存、-28 ℃保存	检测线显色；实验室仪器检测	全定量	[74]