荧光/比色传感功能复合超分子组装体的构筑和应用研究

It has important theory significance and wide potential applications to develop an alternative strategy that enables high-throughput, multi-analyte sensing for fluorescence / colorimetric sensor which has an inherent limitation that is need to design a receptor for each target. With the benefit of the development of supramolecular chemistry, many novel molecule assembly with ion / molecule recognition function have been designed and constructed. As assembling blocks continuously enriched and new assembling structure emerging, fluorescence and colorimetric sensing function supramolecular assembly is becoming a highly promising area. In this research, a molecular level fluorescence and colorimetric sensor arrays will be constructed by different building blocks which can generate a specific recognition pattern for each analyte. Interactions and spectral behavior evolution of different building blocks in the assembly will also be studied. Using appropriate optical spectrum analysis methods, the fluorescence and colorimetric sensing function of the molecular level combinatorial assembly is an another focus of this study. The result of this research will not only enrich the structure and expand the application field of supramolecular assembly but also deepen our understanging of structure-activity relationship in it.

克服目标分析物对于传感器受体的依赖，解决荧光/比色类传感器难以实现广谱检测的问题具有重要的科学意义和实用背景。随着超分子化学的不断发展，人们已经设计构筑了许多结构新颖、功能丰富的组装体，且组装体构筑单元不断丰富，使得发展基于荧光/比色传感功能的复合超分子组装体实现传感器在分子尺度的集成成为可能。本课题拟设计合成具有不同荧光团和键合位点的传感单元，通过集成对不同目标离子/分子响应的传感单元构筑一种复合超分子组装体，即纳米级荧光/比色传感器阵列，研究不同构筑单元在组装结构中的相互作用及其光谱行为演变规律并借鉴计算机数据分析方法，研究基于复合分子组装体的纳米级荧光/比色传感器的新功能。项目的开展不仅能够拓展超分子组装体的应用领域，填补国内外对荧光/比色传感功能复合超分子组装体研究的空白，而且对加深组装体构效关系，特别是组装体的组成和结构与其荧光/比色传感功能关系的认识也具有重要的意义。

传统功能材料研究一直以来都十分关注分子的结构设计和合成，随着对微观世界认识的深入，特别是近十几年来纳米科学和纳米技术的发展人们逐渐认识到从分子原子尺度到宏观材料和器件之间还有巨大的可操作空间。通过在纳米尺度分子聚集体结构的调整和优化可以显著的提升功能材料的性质拓展功能材料的应用范围。项目在材料制备上跨越纳米-微米-毫米尺度研究了分子-分子聚集体-传感材料的逐级分层构筑荧光比色复合传感功能材料的方法，在微纳米尺度实现多谱段光谱信号传感机制。初步探讨了不同级别的分子、分子聚集体结构与其性质以及荧光传感器阵列功能的关系.. 1、设计、合成、制备了5种荧光传感器，初步阐释不同分子单体和聚集体的光谱行为和传感行为的差异，研究了分子聚集体结构对传感行为的影响。. 2、研究了分子聚集体在受限时空多级组装行为，制备了各向异性的荧光传感纤维，提出了在受限时空将棒状分子聚集体首尾相连，可控构筑了具有荧光淬灭放大效应的纳米纤维导线的方法。 . 3、研究了P型和N型材料的电子特点以及在符合组装体中的相互作用，探索了通过控制分子之间的距离，避免电荷转移过程的途径。并以此为基础开发了灵敏的爆炸物和有机胺类VOC双通道荧光传感器原型。. 4、开发了基于化学计量学的光谱识别与分离算法，并将之应用在火焰光度毒有害气体检测器上。