Forskere præsenterer dominoeffekt-sensormekanisme til at detektere amin, der nærmer sig picomolært niveau

Nøjagtig og følsom påvisning af aminer er afgørende i industriel sikkerhed, miljøovervågning og klinisk diagnose. Løbende forskning og udvikling af sensormaterialer giver løfte om at forbedre følsomheden og selektiviteten af ​​amindetektion. Optiske/fluorescerende amin-detekterende materialer er særligt lovende på grund af deres lette manipulation, aflæsning med blotte øjne og bærbarhed.

De rapporterede fluorescerende prober har dog lidt af moderat følsomhed på grund af iboende begrænsninger i deres "en-til-en" støkiometriske sensormekanisme. Typisk interagerer et aminmolekyle med kun et (eller højst flere) fluorescerende molekyler, hvilket forårsager en ubetydelig indvirkning på den samlede emission af systemet. At opnå en detekterbar signalændring kræver et betydeligt antal aminmolekyler, hvilket giver anledning til lave følsomheder.

I en undersøgelse offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , udviklede forskningsgruppen ledet af prof. Huang Weiguo fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter af det kinesiske videnskabsakademi en dominokæde bestående af et fluorescerende molekyle (f.eks. PTF1) og op til 40 ikke-emissive polymerkæder ( pPFPA) omfattende mere end 1.000 gentagne enheder (PFPA).

Forskerne fandt ud af, at fluoroforen PTF1 fungerer som domino-trigger, der interagerer med de omgivende polymergentagelsesenheder (PFPA, de følgende dominoblokke) gennem polære-π-interaktioner, hvilket fører til et forstærket gult fluorescerende signal ved 570 nm. Ved eksponering for aminer demonteres den PTF1-pPFPA-baserede dominokæde hurtigt, hvilket genopretter de blå emissioner ved 455 nm, der er tildelt iboende PTF1, hvilket skaber en ultrafølsom metode til amindetektion.

Pentafluorphenyl-motivet er kendt for dets elektrontiltrækkende egenskaber. Omvendt er aminer stærke elektrondonerende forbindelser og stærke baser. Efter blanding kunne de ensomme elektronpar på "N"-atomet af triethylamin (TEA) let kommunikere med de elektronmangelfulde vedhængsgrupper på pPFPA, hvilket fører til en induktiv effekt, der ændrer elektronskyfordelingen blandt PFPA-enheder og forstyrrer originalen gennem -space-konjugation (TSC) langs pPFPA-kæden.

Density functional theory (DFT) beregning afslørede, at bindingsenergien (ΔG) af pPFPA med TEA er -15,5 kcal mol ^-1 , hvilket indebærer en stærk affinitet og interaktion mellem TEA og pPFPA. Aminerne afskærer TSC'en langs dominoen, hvis de indlejres blandt PFPA-gentagelsesenhederne eller hæmmer ladningsoverførslen mellem PTF1 og pPFPA, hvis de er i direkte nærhed af PTF1-fluoroforer. I begge tilstande vil den etablerede PTF1-pPFPA supramolekylære dominokæde blive adskilt, og de oprindelige amplificerede gule fluorescerende signaler vil blive væsentligt undertrykt.

Denne undersøgelse præsenterer en "dominoeffekt"-sensormekanisme, som giver en generel tilgang til kemisk påvisning.

Flere oplysninger: Jiamao Chen et al., in situ optisk detektion af aminer på et dele-per-kvadrillion-niveau ved at adskille den gennem-rum-konjugerede Supramolecular Domino, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c11480

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af Chinese Academy of Sciences