Wetenschap
Onderzoekers presenteren een domino-effect-detectiemechanisme om amine te detecteren dat het picomolaire niveau nadert
Nauwkeurige en gevoelige detectie van aminen is cruciaal voor industriële veiligheid, milieumonitoring en klinische diagnose. Lopend onderzoek en ontwikkeling van sensormaterialen zijn veelbelovend voor het verbeteren van de gevoeligheid en selectiviteit van aminedetectie. Optische/fluorescerende aminedetecterende materialen zijn bijzonder veelbelovend vanwege hun gemakkelijke manipulatie, uitlezing met het blote oog en draagbaarheid.
De gerapporteerde fluorescerende probes hebben echter last gehad van een matige gevoeligheid als gevolg van inherente beperkingen in hun "één-op-één" stoichiometrische detectiemechanisme. Typisch interageert één aminemolecuul met slechts één (of hoogstens meerdere) fluorescerende moleculen, wat een verwaarloosbare impact op de totale emissie van het systeem veroorzaakt. Voor het bereiken van een detecteerbare signaalverandering is een aanzienlijk aantal aminemoleculen nodig, wat aanleiding geeft tot lage gevoeligheden.
In een studie gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society ontwikkelde de onderzoeksgroep onder leiding van prof. Huang Weiguo van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen een dominoketen bestaande uit één fluorescerend molecuul (bijv. PTF1) en maximaal 40 niet-emitterende polymeerketens ( pPFPA) bestaande uit meer dan 1.000 herhalende eenheden (PFPA).
De onderzoekers ontdekten dat de fluorofoor PTF1 fungeert als de domino-trigger en interageert met de omringende polymeer herhalende eenheden (PFPA, de volgende dominoblokken) via polaire-π-interacties, wat leidt tot een versterkt geel fluorescent signaal bij 570 nm. Bij blootstelling aan aminen wordt de op PTF1-pPFPA gebaseerde dominoketen snel ontmanteld, waardoor de blauwe emissies bij 455 nm die aan intrinsiek PTF1 zijn toegewezen, worden hersteld, waardoor een ultragevoelige methode voor aminedetectie ontstaat.
Het pentafluorfenylmotief staat bekend om zijn elektronenzuigende eigenschappen. Omgekeerd zijn aminen sterke elektronendonerende verbindingen en sterke basen. Bij het mengen zouden de elektronen van het 'N'-atoom van Triethylamine (TEA) gemakkelijk kunnen communiceren met de elektronendeficiënte hangende groepen op pPFPA, wat leidt tot een inductief effect dat de verdeling van de elektronenwolk tussen PFPA-eenheden verandert en het origineel verstoort. -ruimteconjugatie (TSC) langs de pPFPA-keten.
Berekening van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) onthulde dat de bindingsenergie (ΔG) van pPFPA met TEA -15,5 kcal mol -1 is , wat een sterke affiniteit en interactie tussen TEA en pPFPA impliceert. De aminen snijden de TSC langs de domino af als ze zich inbedden tussen de herhalende PFPA-eenheden of remmen de ladingsoverdracht tussen PTF1 en pPFPA als ze zich in de directe nabijheid van PTF1-fluoroforen bevinden. In beide omstandigheden zal de gevestigde PTF1-pPFPA supramoleculaire dominoketen worden doorgesneden en zullen de oorspronkelijke versterkte gele fluorescentiesignalen aanzienlijk worden onderdrukt.
Deze studie presenteert een detectiemechanisme met een 'domino-effect', dat een algemene benadering biedt voor chemische detectie.