Ett forskarlag ledd av professor Zhang Guoqing från University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har presenterat en ny molekylär-fast sensor som möjliggör snabb kiral igenkänning av naturliga aminosyror genom rumstemperatur fosforescens (RTP), som övervinner begränsningarna av strukturell komplementaritet och generalitet i traditionella luminescensbaserade metoder. Deras resultat publiceras i Nature Communications .
Gäst-värddopade RTP-system har gjort betydande framsteg inom tillämpningar inom olika områden, inklusive nästa generations optoelektronik, bioavbildning med hög kontrast och kiral igenkänning. Med ökande uppmärksamhet på designen av RTP-system med kirala delar, har förståelsen av förhållandet mellan struktur och egenskap blivit avgörande.
Att utnyttja kiralitetens väsentliga roll i naturlig evolution, utforska rikare spektrala metoder för att förstå sambandet mellan molekylär kiralitet, exciterade tillstånd och elektronspin kommer att belysa grundläggande principer och driva innovativa tekniska transformationer.
I sitt tidigare arbete publicerat 2023 upptäckte och namngav Prof. Zhangs team först fenomenet kiralselektiv fosforescensförstärkning (CPE), vilket avslöjar chiralitetsberoendet av energiöverföring mellan molekyler.
I denna studie föreslog de ett mer universellt avkänningssystem som möjliggör snabb kiral igenkänning av RTP. De upptäckte att aminosyror reagerar med mycket reaktiv 2-naftoylklorid under milda förhållanden och bildar kirala energiacceptorer. Denna process sensibiliserar genereringen av RTP i ett triplettenergidonatormedium. Samtidigt fungerar L-fenylalaninderivat som universella triplettenergigivare, vilket ger fördelar vid massproduktion och rening.
Teamet bekräftade initialt genomförbarheten av modulär design i CPE-system. Experimentella resultat visade att under olika dopningsförhållanden var fluorescensförstärkningsfaktorerna relativt låga, från 1,6 till 3,2. Under samma förhållanden ökade dock förstärkningsfaktorerna för RTP-spektra signifikant.
Denna skillnad tillskrivs det faktum att gästfluorescens kan ske genom både Förster och Dexter energiöverföring, medan gäst RTP är begränsad till Dexter energiöverföring.
Dessutom bestämdes den optimala beredningsmetoden genom att jämföra de spektrala intensitetsförhållandena under olika beredningsmetoder, och en screening av alla 15 naturliga aminosyror och deras onaturliga enantiomerer utfördes baserat på det etablerade schemat. Resultaten visade att denna metod har den bredaste tillämpbarheten bland alla publicerade luminescerande kirala avkänningssystem, med igenkänningstider så korta som några minuter.
Slutligen, genom att introducera tunga atomer (t.ex. brom) för att modulera molekylstrukturen och förbättra strålningsövergångshastigheten för gästmolekyler, uppnåddes bättre fosforescensförbättrande effekter. Detta resultat visar möjligheten att optimera molekylära strukturer under ledning av CPE-principer för att erhålla bättre igenkänningsförhållanden, vilket visar upp fördelarna med organisk RTP-avkänning.
Mer information: Xiaoyu Chen et al, Rapid rumstemperatur phosphorescence kiral igenkänning av naturliga aminosyror, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47648-z
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina
