中科院新疆理化所窦新存&祖佰祎Angew.：电子调谐增强荧光传感检测性能!

通讯作者：祖佰祎；窦新存

通讯单位：中科院新疆理化所

从多物理量的角度调控分子的光物理性质，对提高传感性能具有重要意义。

中科院新疆理化所窦新存研究员和祖佰祎研究员通过改变硫醇，研究基于分子结构的物理量电子调谐如何诱导分子光学行为的变化，以促进对乙二胺(EDA)的超灵敏检测。

图1. (a) OPTA/硫醇识别EDA的反应机理和用于本工作的硫醇的结构;(b) OPTA和EDA在不同硫醇存在下反应产物的荧光光谱;(c)不同取代基的模型分子主要物理量的雷达图;(d)供电子能力、轨道重叠和振子强度之间的关系示意图。

相关研究工作以“Electronic Tuning in Reaction-based Fluorescent Sensing for Instantaneous and Ultrasensitive Visualization of Ethylenediamine”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

图2. 在(a, b)比色和(e, f)荧光模式下，OPTA-MSA对EDA的响应和光谱的光学图像;(c, g)在EDA(0.02 µmol，样品1)、共存物质和结构类似物(2µmol，样品1-29)作用下，OPTA-MSA在525 nm处的比色RGB距离值和荧光(FL)强度;(d, h) EDA溶液(0.02µmol，样品1)和EDA(0.02µmol，样品1)与共存物质或结构类似物(2µmol，样品1-29)的混合物下，OPTA-MSA在525 nm处的比色RGB距离值和荧光强度的响应。

要点1. 作者从荧光产生机制方面，以电子转移能力为目标，研究了电子调谐如何作用于整个分子性质，以实现对EDA响应的荧光发射的改善。以硫醇取代的杂芳香族化合物为材料，建立了分子模型。

要点2. 综合分析了模型分子中配置不同硫醇时，HOMO/LUMO间隙、MPI、ESP和OS的个体影响，以及上述相关量的多重影响。由双羧基硫醇组成的模型分子显示出最强的荧光，这归因于电子提供能力，促使更大的轨道重叠和振荡器强度。

要点3. 荧光升高与EDA升高呈正相关，对毫微摩尔级的液体/ppm-蒸汽具有超灵敏的可视化响应。对潜在共存物质具有超灵敏度和低交叉活性。

该性能优越的气体探测器实现了对EDA的非接触实时管理。这种电子调谐策略使荧光增强能够为推进分子定制设计提供深入的见解，进一步拓宽应用领域的道路。

图3.(a) 负载OPTA-MSA的用于EDA蒸气检测的PVA水凝胶传感芯片的构建;(b)检测一系列浓度的EDA蒸汽的比色和荧光图像;(c) (R+G/(R+G+B)值的绘制曲线和(d)双模水凝胶传感芯片的G值和EDA的浓度关系,(e) 水凝胶传感芯片的颜色/荧光反应的ΔE与不同浓度的EDA蒸汽的对应关系。

图4.(a)现场EDA蒸汽测量用便携式探测器示意图;(b)决策逻辑流程图;(c)仿真场景中的EDA检测示意图;(d) (i)安全及(ii)警告所示的显示屏图像，(iii)白光及(iv) 468 nm照度下在工地B进行测量的感应阵列图像;(e)便携式探测器泵送采样建立的校准曲线(上，蓝色)与水凝胶传感芯片(上，红色)对标准EDA蒸气的响应比较，以及相应的误差(下)。

链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202203358