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    科研進展

    新疆理化所通過聚集態探針結構調控實現神經毒劑長期監測

    發布時間:2024-03-05

    開發具有超高靈敏性和超精準識別性的新型傳感材料及現場檢測方法,進而實現對危險化學物質,如神經毒劑等的長期監測,對人民健康和公共安全至關重要。目前,研究者們在傳感材料結構調控提升檢測靈敏度和選擇性方面已經取得了長足進展。然而,危險化學物質監測仍面臨巨大挑戰,其中,一個棘手的挑戰集中在探針本征結構屬性所引起的光漂白等不穩定因素可極大縮短其工作壽命,導致長期監測需求難以滿足。因此,建立一種探針分子結構調控策略,協同提升其響應性能和長期穩定性,對特殊環境危險化學品高效監測材料與器件開發具有重要意義。

    基于此,中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊提出了一種基于分子層面和聚集體層面協同調控的光學探針設計策略,實現了對神經毒劑沙林模擬物氯磷酸二乙酯(DCP)氣氛的長期監測??蒲腥藛T通過調控固態探針的聚集誘導發光(AIE)特性和分子內電荷轉移(ICT)程度,有效提升了探針光學響應對比度,獲得了具有雙模響應信號(比色:無色到黃色;熒光:藍色發射到綠色發射)的全固態探針,并且,該探針具有快速響應性能(<30 s)。在此基礎上,通過單晶結構解析和量子力學/分子力學(QM/MM)計算方法揭示了在DCP傳感過程中,探針分子的ICT程度和聚集行為的改變是實現固態響應信號可視化的內在原因。因此,擁有強AIEICT特性的固態探針,具有更加優異的雙??梢暬?/span>DCP檢測性能。進而,研究者們對該探針通過多孔聚合物加載,構建了手表形式的傳感器件,實現了對DCP氣氛的超靈敏(1.7 ppb)、長期穩定(14天)監測。

    該工作提出的AIE特性和ICT程度協同調控的探針設計策略,有助于從分子電荷分布狀態和聚集態發射行為同時調控的角度,探索新的探針設計方法。同時,該固態探針在神經毒劑長期監測方面的初步結果,將有助于危險化學物質傳感方法革新。

    相關研究成果以“Coherent Modulation of the Aggregation Behavior and Intramolecular Charge Transfer in Small Molecule Probes for Sensitive and Long-term Nerve Agent Monitoring”為題發表于《德國應用化學》雜志(Angewandte Chemie International Edition),博士研究生肖芳芳和雷達副研究員為共同第一作者,李毓姝副研究員,祖佰祎研究員和竇新存研究員為共同通訊作者,中國科學院新疆理化技術研究所為第一單位。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、新疆自然科學基金、中國科學院從01原始創新項目等資助。

    文章鏈接

    探針調控策略及對DCP氣氛雙模檢測性能


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