Forskerholdet opnår hurtig og pålidelig stuetemperatur phosphorescens chiral genkendelse

Et forskerhold ledet af professor Zhang Guoqing fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har præsenteret en ny molekylær-fast sensor, der muliggør hurtig chiral genkendelse af naturlige aminosyrer gennem stuetemperatur phosphorescens (RTP), der overvinder begrænsningerne af strukturel komplementaritet og generalitet i traditionelle luminescensbaserede metoder. Deres resultater er offentliggjort i Nature Communications .

Gæste-vært-dopede RTP-systemer har gjort betydelige fremskridt inden for applikationer inden for forskellige områder, herunder næste generation af optoelektronik, højkontrast biobilleddannelse og chiral genkendelse. Med stigende opmærksomhed på design af RTP-systemer med chirale dele er forståelsen af ​​forholdet mellem struktur og egenskab blevet afgørende.

Udnyttelse af chiralitetens væsentlige rolle i naturlig evolution, udforskning af rigere spektrale metoder til at forstå sammenhængen mellem molekylær chiralitet, exciterede tilstande og elektronspin vil belyse grundlæggende principper og drive innovative teknologiske transformationer.

I deres tidligere arbejde udgivet i 2023 opdagede Prof. Zhangs team først og navngav det chiral-selektive phosphorescence enhancement (CPE) fænomen, hvilket afslører chiralitetsafhængigheden af ​​energioverførsel mellem molekyler.

I denne undersøgelse foreslog de et mere universelt sensingskema, der muliggør hurtig chiral genkendelse af RTP. De opdagede, at aminosyrer reagerer med meget reaktivt 2-naphthoylchlorid under milde forhold og danner chirale energiacceptorer. Denne proces sensibiliserer dannelsen af ​​RTP i et triplet energidonormedium. Samtidig fungerer L-phenylalanin-derivatet som universelle triplet-energidonorer, hvilket giver fordele ved masseproduktion og oprensning.

Holdet bekræftede oprindeligt gennemførligheden af ​​modulært design i CPE-systemer. Eksperimentelle resultater viste, at under forskellige dopingforhold var fluorescensforstærkningsfaktorerne relativt lave, varierende fra 1,6 til 3,2. Men under de samme betingelser steg forstærkningsfaktorerne for RTP-spektre signifikant.

Denne forskel tilskrives det faktum, at gæstefluorescens kan forekomme gennem både Förster- og Dexter-energioverførsel, mens gæste-RTP er begrænset til Dexter-energioverførsel.

Endvidere blev den optimale fremstillingsmetode bestemt ved at sammenligne de spektrale intensitetsforhold under forskellige fremstillingsmetoder, og en screening af alle 15 naturlige aminosyrer og deres unaturlige enantiomerer blev udført baseret på det etablerede skema. Resultaterne viste, at denne metode har den bredeste anvendelighed blandt alle publicerede luminescerende chirale sensorsystemer, med genkendelsestider så korte som et par minutter.

Endelig, ved at introducere tunge atomer (f.eks. brom) for at modulere molekylær struktur og øge strålingsovergangshastigheden af ​​gæstemolekyler, blev der opnået bedre fosforescensforstærkende effekter. Dette resultat demonstrerer muligheden for at optimere molekylære strukturer under vejledning af CPE-principper for at opnå bedre genkendelsesbetingelser, hvilket viser fordelene ved organisk RTP-sensorgenkendelse.

Flere oplysninger: Xiaoyu Chen et al, Hurtig stuetemperatur phosphorescens chiral genkendelse af naturlige aminosyrer, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47648-z

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University of Science and Technology of China