基于荧光共振能量转移纳米配位聚合物探针在重金属离子检测上的应用

It is very important to develope high specificity and high sensitivity probe for heavy metal ions detection. Efficient energy transfer between the molecules is the key to the design ratiometric fluorescent probe. On the other hand, the space arrangement of molecules, such as configuration and distance, is crucial for energy transfer efficiency. Presently, the preparation of pure organic probe is complex. Our innovation lies in that different metal ions and energy donors and acceptors can be rapidly organized into ordered nanoscale coordination polymers by this coordination-directed assembly process. The distances between energy donor and acceptor and their dipole orientations can be cotrolled by judicious choice of metal connectors as different metal ions have differing coordination numbers and geometries. All these results enhanced the energy transfer efficiency between the molecules of donor and acceptor. One or two efficient probe materials will be developed. During the project implementation, three to five papers collected by SCI will be published and three postgraduate students will be trained. This project will make a contribution to the nanoscale coordination polymers in heavy metal ions detection.

发展高度专一、高灵敏度的荧光探针对重金属离子的检测具有重要的实用意义。分子间有效能量转移是比率型荧光探针的设计关键，而分子的空间排列（构型及距离等因素）对能量转移效率至关重要。针对目前纯有机探针合成复杂等关键科学问题，本课题将供体、受体和金属离子通过配位诱导方法可控组装成纳米配位聚合物。由于不同的金属离子具有不同的配位数和配位构型，可以通过金属节点的选择来有效调控供体和受体之间的距离以及偶极的取向，从而有效提高能量传递效率。经过三年的努力，预计将筛选出1到2种高效的探针材料，发表SCI收录论文3-5篇，3名研究生通过本项目得到锻炼。本课题的开展，将为功能配位聚合物在重金属离子的检测上作出贡献。

相较于单一的荧光增强或者减弱型探针，比率型荧光探针具有更高的抗干扰能力和更优异的检测选择性。经过三年的努力，我们基于金属有机框架材料成功构筑了两例性能优异的比率型荧光探针。（1）Tb97.11Eu2.89-L1探针对水分子展现出了优异的比率型荧光检测性能。随着有机溶剂乙腈中含水量的变化（从0%到16.7%），Tb97.11Eu2.89-L1在紫外灯照射下表现出了丰富的颜色变化，最低检测浓度达到0.04%。比较有趣的是，在280 nm激发波长下，当乙腈中含水量增加到2.5% 时，该探针表现出了白光发射，这种仅仅通过改变有机溶剂中的含水量从而达到白光发射调节的探针还是非常罕见的。（2）Tb-L1探针水稳定性较好，BET高达760 m2/g，孔径达到1.2 nm。该探针在众多抗生素中对四环素具有高度的选择性识别能力。利用该比率型荧光探针的优势，可以进一步将结构非常接近的四环素衍生物，例如金霉素、土霉素和多西环素区别开来。本项目的研究对于进一步推进基于金属有机框架材料构筑的比率型荧光探针在小分子检测方面的应用具有重要的借鉴意义。项目执行期间，累计发表SCI检索论文8篇，培养了三名博士生，完成了项目计划，实现了研究目标。