基于能量迁移的纳米纤维分子聚集体荧光传感器

Fluorescent Sensors, with its characters of high sensitivity, capability of real-time detection, easy manipulation and portability, has been widely applied in many fields. However, the existing fluorescent Sensors still can not satisfy the demand of detecting of harmful metal ions with extra-low concentration. Therefore, how to improve sensitivity and thereafter, to form a new method of detecting water security with speed and accurateness has become an important scientific issue of practical value. .This project is designed to improve the sensitivity of fluorescent sensors, taking advantage of the energy migration in molecule arrays. Furthermore, the study aims to design and prepare silicon dioxide electrospun fibers with particular constructions as carriers, to assemble the model fluorescent sensors through Click reaction, and then to form the new type of fluorescent sensors of molecule arrays supported by electrospun fibers for the detection of Hg2+ and F-. The study on the selectivity and sensitivity of deleterious metal ions in potable water reveals the relation between sensitivity, specificity and accuracy of detection and the structures of inorganic carriers, then perfect the structure and preparing method of the supporting matrix, and obtain fluorescent sensors which can detect sensitively the deleterious metal ions with extra-low concentration, and form a rapid and precise application method.

荧光传感器具有可实时检测、操作简单、便携等特点，已在许多领域得到广泛应用。但是，现有荧光传感器的灵敏度仍然不能满足检测水中超低浓度有害金属离子的要求。如何进一步提高荧光传感器的灵敏度，形成快速、准确检测水安全的新方法，是一个具有实际应用价值的重要科学问题。 本课题拟开展利用分子聚集体对单重态能量传递的增强作用放大检测信号、提高荧光传感器灵敏度的基础研究。计划开展两方面的工作：(1)以检测Hg2+和F-的荧光传感器为模型，通过click反应在具有特定结构的二氧化硅纳米纤维表面进行组装，形成新型纳米纤维分子聚集体荧光传感器，研究以这一设计构造高效荧光传感器的可行性与方法学；揭示检测效果与固载体系结构特点之间的关系；力争实现对饮用水中超低浓度有害离子高效、选择性地检测。(2) 应用静电纺丝技术研究分子聚集体荧光传感器器件化的方法，为将来走向实用打好基础。

荧光传感器是一类重要的化学传感器，通常由发光体和接受体通过一个链段连接构成。接受体选择性地和被检物种作用，并且这种作用可以引起发光体发光性能的变化，从而利用荧光信号的变化达到检测目的。但普通小分子荧光传感器的接收体识别被检物种后，激发它的发光体才会发光，为了提高发出的荧光信号的强度，必须增加被检物种的浓度。如何提高荧光传感器的灵敏度是一个重要的科学问题。. .本项目选择的研究方法是利用分子组装体对单重态能量迁移的增强作用，尝试提高荧光传感器的灵敏度，实现对超低浓度物种的检测。即构筑发光体彼此靠近的组装体，激发其中一个发光体，生成的单重激发态可以在分子组装体中快速迁移。实际工作中，我们合成了一系列小分子荧光探针，并将其组装成分子聚集体荧光传感器，成功地实现了对镉离子、含巯基小分子和氧气的检测。进而，我们通过-Si-O-键把卟啉固载、排列在二氧化硅的表面形成发光探针分子聚集体，而发光探针分子之间的距离通过spacer来调节。应用溶胶凝胶法、水热法的合成以及精巧的静电纺丝工艺设计，可以把二氧化硅载体塑形为小球状、高度介孔化的纳米纤维等形态，形成了灵敏度很高的纳米颗粒/纳米纤维分子聚集体荧光传感器。. .项目团队针对既定的研究目标认真开展了各项研究工作，完成了主要研究目标，取得了许多有意义的成果。其中，具有新颖性和创造性的内容我们申请了7项国家发明专利，目前已授权3项；其它具有科学意义和学术价值的内容已发表SCI论文21篇，包括多篇在Angew. Chem. Int. Ed. 和 Adv. Funct. Mater.等高水平期刊上发表的论文。这充分说明了本项目的研究成果具有基础性、前瞻性和先进性。