Hiljuti on Hiina Teaduste Akadeemia (SIIST) Shanghai Mikrosüsteemide ja Infotehnoloogia Instituudi Sensing Technology Laboratory teinud olulisi edusamme õhukese kilega fluorestsentsandurite uurimisel. See töö pakub tõhusat strateegiat suurepäraste õhukese kilega fluorestsentsandurite valmistamiseks ning eksperimentaalselt kontrollib ja arvutab teoreetiliselt fluorestsentsi tuvastamise ja gaasi adsorptsiooni sünergilist protsessi.
Viimastel aastatel on õhukese kilega fluorestseeruvad andurid mänginud otsustavat rolli gaasituvastuse valdkonnas, eriti sotsiaalsete ohtude, nagu lõhkeained, närvimürgid ja ravimid, tuvastamise valdkonnas. Tänu oma suurele tundlikkusele, reageerimisvõimele ja selektiivsusele on need üks paljutõotavamaid tehnoloogiaid aine jälgede tuvastamiseks. Enamik fluorestseeruvaid tundlikke materjale kannatab aga agregeeritud fluorestsentskustutamise (ACQ) efekti ja fotovalgenduse nähtuse all, mistõttu on praktiliste rakenduste nõuetele vastavad fluorestseeruvad sensormaterjalid haruldased. See piirab oluliselt fluorestseeruvate tundlike materjalide kasutamist gaasituvastuses ja gaasi tuvastamiseks on kiiresti vaja välja töötada uued suure jõudlusega tundlikud materjalid. Püüdes lahendada õhukese kilega orgaaniliste fluorestseeruvate sondimaterjalide halva tahkisfluorestsentsefektiivsuse ja halva fotostabiilsuse probleeme, töötasid teadlased välja uut tüüpi peremees-külalise õhukese kilega fluorestseeruva gaasianduri, millel on kõrge 3S (tundlikkus, selektiivsus, stabiilsus). ) gaasianalüütide jaoks, lisades orgaanilise fluorestseeruva külalise metall-orgaanilisele raamistikule (MOF), mis pakkus paindlikku meetodit õhukese kilega fluorestsentsandurite konstrueerimiseks erinevate vajaduste rahuldamiseks. paindlik lähenemine.
Selles töös kasutati kapseldatud orgaanilise külalisena ACQ molekuli Me4BOPHY-1, mis manustati lihtsa tahkefaasilise sünteesimeetodi abil metall-orgaanilisse raamistikku ZIF-8 ja selle fluorestsentsi emissiooni karakteristikuid. MOF-id (ZIF-8) andsid külalismolekulile MOF-id (ZIF-8) pakuvad külalismolekulidele erinevaid nanoõõnsusi, vähendades seega fluorestseeruvate ainete iseagregatsiooni. molekule ja tõhusalt ületada Me4BOPHY-1 ACQ-efekt. Molekuli tahkis-fluorestsentskvantefektiivsus (QY) suurendati 0,76%-lt 19,72%-le külalismolekulide erinevate suhetega. Lisaks saavutati närvimürgi sariini analoogi dietüülklorofosfaadi (DCP) gaasifaasi tuvastamine (joonis 1).
Joonis 1. Orgaaniliste fluorestseeruvate väikesemolekuliliste sondide fluorestsentsi kvantefektiivsuse ja tuvastusvõime suurendamine, kasutades peremees-külalise manustatud struktuure.
MEMS-i konsoolkiire adsorptsiooniuuringud on näidanud, et peremees-külalise sisseehitatud MOF-anduri eelrikastamine mõõdetava gaasi jaoks andis sondile suurepärase gaasituvastusvõime, mille reaktsiooniaeg oli kuni 3 sekundit ja avastamispiir on nii madal. kui 1,13 ppb. Veelgi enam, MOF-i puurimisefekt parandab analüüdi selektiivsust ja Me4BOPHY-1＠ZIF-8 on väga selektiivne segava gaasi HCl suhtes. -8 on oluliselt nõrgem vastusena segavale gaasile HCl, mis oli varasemas kirjanduses vältimatu. Samal ajal tagab metallorgaanilise raamistiku struktuuri "puuriefekt" ka anduri hea fotostabiilsuse ja termilise stabiilsuse. Organofluorestsentsmolekulide termilise lagunemise temperatuuri tõsteti 200 kraadilt 527 kraadini ja esialgne fluorestsentsi intensiivsus säilis ka pärast 4800 s laserkiirgust ergastusribas. Kokkuvõttes pakub subjekt-objekti manustatud disainistrateegia õhukese kilega fluorestsentsgaasiandurit, millel on kõrge 3S (tundlikkus, selektiivsus ja stabiilsus) gaasianalüütide jaoks, ning pakub paindlikku meetodit õhukese kilega fluorestsentsandurite konstrueerimiseks erinevate vajaduste rahuldamiseks. Pakutakse välja täiustatud disainistrateegia õhukese kilega fluorestsentsandurite jaoks, millel on paljutõotavad rakendused ohtlike gaaside tuvastamisel (joonis 2).
Joonis 2. Võõrustaja-külalise sisseehitatud MOF-andur teostab kõrge 3S (tundlikkus, selektiivsus, stabiilsus) sünteesi
Töö esimene autor on meie instituudi magistrant Zhengqi Shen ja vastavad autorid teadur Yanyan Fu, Jiangong Cheng ja noor teadlane Min Tu. Tööd aitasid teha ka noor teadlane Kai Qi, projektijuht Xiuyun Jiang ja Hongkongi teadus- ja tehnoloogiaülikooli prof Zhiyong Fan. Sellega seotud tööd toetasid teadus- ja tehnoloogiaministeeriumi riiklik võtmeuuringute ja arendustegevuse programm (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Hiina riiklik loodusteaduste sihtasutus (62022085, 62301544, 61831021, 2220129), Shanghai teadus- ja tehnoloogiakomisjon. (22QA1410800).
