【儀表網 研發快訊】高錳酸鉀(KMnO4)是制作簡易爆炸裝置常用的氧化劑原料之一，同時也被廣泛用于醫藥消毒、水質凈化、工業生產等領域，其過量攝入或排放會對人體及環境造成嚴重的危害。因此，實現對微量高錳酸鉀的超靈敏、特異性、快速檢測對維護公共安全和環境保護具有重要意義。近年來，激發態分子內質子轉移(ESIPT)類分子因具有大的斯托克斯位移、強的光穩定性、高的量子產率和對周圍介質的光敏感性等特點，被廣泛用于反應型熒光探針的設計。ESIPT探針的發光性能可通過溶劑氫鍵作用、分子異構化、介質酸/堿度和化學修飾等來調節。目前，大多數化學修飾策略主要集中于研究分子性質和ESIPT變化過程，而關于分子對目標分析物傳感性能影響的研究很少被應用于實際檢測。因此，是否可以采用化學修飾策略來提高ESIPT探針的傳感性能尚不清楚，而該方面的研究將對理性設計高效探針具有重要意義。(買儀表，賣儀表就上儀表網！ 查產品、看訂單…一站式全搞定！)
 

　　基于此，中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊提出了識別基團對位取代基吸電子強度精確調控提升ESIPT熒光探針反應活性及產物熒光穩定性的探針分子設計策略。基于KMnO4氧化不飽和烯烴的性質，以2-(2’-羥基苯基)苯并惡唑(HBO)為熒光團，采用縮合反應將識別位點丙烯酰基接枝于HBO的質子給體-OH上以抑制ESIPT過程的發生，在識別位點的對位引入不同吸電子強度的取代基團(-F、-CHO、-H、-CH3)，設計合成了四種ESIPT基熒光探針(BOPA-F, BOPA-CHO, BOPA-H, BOPA-CH3)。當檢測KMnO4時，可以打斷碳碳雙鍵形成鄰二羥基，隨后酯鍵斷裂釋放質子給體，ESIPT過程被激發，進而實現對KMnO4的熒光點亮檢測。進一步研究發現，取代基吸電子強度調控可顯著地提升探針檢測KMnO4時的熒光強度及熒光穩定性。理論計算結果表明，取代基的改變有效調節了探針對KMnO4的反應活性及產物的振子強度。以具有較強吸電子能力的-CHO作為取代基的探針BOPA-CHO對KMnO4具有最佳檢測效果，檢測限為0.96 nM，響應時間< 3 s，對21種其它氧化劑及常見的陰/陽離子表現出優異的特異性，反應產物熒光穩定時間至少可達7天。此外，以聚氨酯海綿作為傳感基底，構建了探針BOPA-CHO-海綿基測試筆，對KMnO4微粒的檢測限可達11.62 ng，且對土壤中含量為1%的KMnO4微粒及手套表面63 ng/cm2的殘留顆粒仍可觀察到特征藍色熒光，充分驗證了探針BOPA-CHO在實際應用場景中的適用性。
 

　　該工作提出的吸電子強度精確調控提升ESIPT探針反應活性及產物熒光穩定性的探針分子設計策略，被證明是一種可用于在復雜場景下識別痕量KMnO4溶液、固體微粒和殘留物的可靠、有效的方法。更重要的是，它將有助于促進化學科學、分子工程以及先進傳感技術等領域的快速發展。
 

　　相關成果以“Precise Electron-Withdrawing Strength Modulation of ESIPT Probes for Ultrasensitive and Specific Fluorescence Sensing”為題發表于《分析化學》(Analytical Chemistry)期刊。論文第一作者為中北大學與中國科學院新疆理化技術研究所聯合培養碩士研究生郭延文，通訊作者為中國科學院新疆理化技術研究所蔡珍珍副研究員、竇新存研究員和中北大學張樹海教授。該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、中科院從0到1原始創新等項目的資金支持。
 

吸電子強度調控ESIPT探針構筑策略、響應機制及海綿基測試筆實際場景檢測示意圖