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仪表网 研发快讯】近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所蒋长龙研究员团队在可视化检测环境中多组分有机溶剂研究方面取得了新进展。该团队开发了一种具有光物理化特性的新型供体-受体(Donor-acceptor)类型的黄酮类荧光染料，其荧光颜色和强度会随极性和粘度的变化而改变，实现溶剂极性及温度的可视化快速响应。相关研究成果以“Donor-acceptor Type Solvatochromic Flavonoid Materials Fluorophores for Polarity Sensing and Real-time Temperature Monitoring”为题发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202415250)上。
供受体荧光染料(D-A)对特定分子或环境具有高选择性和敏感性，是理想的传感材料，广泛应用于环境监测、生物传感等方面，在传感器领域中有着重要的地位。然而，目前的供受体荧光染料由于在一定条件下量子产率较差，实际应用中经常出现荧光猝灭现象，同时还面临着性能稳定性、光照条件下的表现等方面的挑战。因此，亟需综合考虑材料设计、合成方法以及实际应用中的环境因素等，开发新的D-A染料并进行功能化复合研究，进而优化其性能、拓展其应用。
针对上述问题，研究人员设计并合成了一种新型的给受体型类黄酮染料分子，即“AFL”，它具有极性依赖的荧光发射波长偏移和粘度依赖的荧光强度变化特性，可用于极性测量和温度传感。由于高极性有机溶剂中激发态能的降低会增强分子内电荷转移(ICT)，因此AFL会发生荧光发射波长偏移，对不同极性溶剂表现出不同的荧光颜色响应，从而区分不同极性的溶剂。
在此基础之上，研究人员通过将AFL染料与十四烷酸(tetradecanoic acid，TA)复合设计出AFL@TA复合传感材料，其粘度随温度变化而改变，进而诱导荧光强度变化。在高粘度条件下，AFL@TA荧光强度增强，而低粘度则会导致荧光强度减弱，实现对温度的可视化监测。为进一步拓展AFL@TA复合传感材料的应用，研究人员制备了厚度为 0.05 cm 的AFL@TA复合膜，它具有良好的柔韧性、可回收性与稳定性，可在各种场景甚至一些极端条件下用作温度传感器。在 283.15-323.15 K 的温度范围内，温度与荧光强度之间存在良好的线性关系，复合薄膜的绿色荧光随着温度的升高而减弱。传感器的荧光模式和比色模式都可以实现对温度的实时视觉检测，且响应速度极快。
该研究为开发新型D-A类荧光传感材料提供了全新方案，并拓展了D-A类黄酮染料在可视化传感技术领域的应用。
上述研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、区域创新发展联合基金、安徽省自然科学基金、安徽省重点研发计划等项目的支持。
图1.供体受体荧光染料AFL的合成路线以及基于AFL的荧光传感器的设计思路和响应机制。
图2.基于AFL的荧光传感器的溶剂检测。
图3.AFL@TA薄膜应用于温度检测。
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