Exakt och känslig detektering av aminer är avgörande för industrisäkerhet, miljöövervakning och klinisk diagnos. Pågående forskning och utveckling av avkänningsmaterial erbjuder löfte om att förbättra känsligheten och selektiviteten för amindetektering. Optiska/fluorescerande amindetekterande material är särskilt lovande på grund av deras enkla hantering, avläsning med blotta ögat och portabilitet.
De rapporterade fluorescerande sonderna har emellertid lidit av måttlig känslighet på grund av inneboende begränsningar i deras "en-till-en" stökiometriska avkänningsmekanism. Vanligtvis interagerar en aminmolekyl med endast en (eller högst flera) fluorescerande molekyler, vilket orsakar en försumbar inverkan på systemets totala emission. För att uppnå en detekterbar signalförändring krävs ett betydande antal aminmolekyler, vilket ger upphov till låga känsligheter.
I en studie publicerad i Journal of the American Chemical Society , utvecklade forskargruppen under ledning av prof. Huang Weiguo från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter vid den kinesiska vetenskapsakademin en dominokedja bestående av en fluorescerande molekyl (t.ex. PTF1) och upp till 40 icke-emitterande polymerkedjor ( pPFPA) som omfattar mer än 1 000 repeterande enheter (PFPA).
Forskarna fann att fluoroforen PTF1 fungerar som dominotriggern och interagerar med de omgivande polymerrepeterande enheterna (PFPA, följande dominoblock) genom polära π-interaktioner, vilket leder till en förstärkt gul fluorescerande signal vid 570 nm. Vid exponering för aminer demonteras den PTF1-pPFPA-baserade dominokedjan snabbt, vilket återställer de blåa emissionerna vid 455 nm som tilldelats inneboende PTF1, vilket skapar en ultrakänslig metod för amindetektering.
Pentafluorfenylmotivet är känt för sina elektronbortdragande egenskaper. Omvänt är aminer starka elektrondonerande föreningar och starka baser. Vid blandning kunde de ensamma elektronparet på "N"-atomen av trietylamin (TEA) lätt kommunicera med de elektronbristiga hängande grupperna på pPFPA, vilket leder till en induktiv effekt som förändrar elektronmolnfördelningen bland PFPA-enheter och stör originalet genom -space conjugation (TSC) längs pPFPA-kedjan.
Beräkning av densitetsfunktionella teorin (DFT) visade att bindningsenergin (ΔG) för pPFPA med TEA är -15,5 kcal mol -1 , vilket innebär en stark affinitet och interaktion mellan TEA och pPFPA. Aminerna skär av TSC längs domino om de bäddar in bland de upprepade PFPA-enheterna eller hämmar laddningsöverföringen mellan PTF1 och pPFPA om de är i direkt närhet till PTF1-fluoroforer. I båda tillstånden kommer den etablerade PTF1-pPFPA supramolekylära dominokedjan att avbrytas och de ursprungliga förstärkta gula fluorescerande signalerna kommer att undertryckas väsentligt.
Den här studien presenterar en avkänningsmekanism för "dominoeffekt", som ger ett allmänt tillvägagångssätt för kemisk detektion.
Mer information: Jiamao Chen et al, optisk detektering på plats av aminer på en nivå av delar per kvadrillion genom att bryta den genom rymden konjugerade Supramolecular Domino, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c11480
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
