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ACS AMI┃基于表面活性剂聚集体增溶芘荧光衍生物的荧光传感器及阵列的区分识别应用

英文原题:Fluorescent Ensemble Sensors and Arrays based on Surfactant Aggregates Encapsulating Pyrene-derived Fluorophores for Differentiation Applications

通讯作者:丁立平,陕西师范大学

作者:Min Qiao, Junmei Fan, Liping Ding, Yu Fang


复杂的多组分体系普遍存在于人们的日常生活中,其具有样品复杂、种类多样、复合存在等特点。因此发展简单、高效、可靠的能对多种组分进行区分识别的传感体系及其构建策略,具有十分重要的意义。两亲分子具有特殊的亲水亲油结构特点,通过各种分子间弱相互作用力,可在溶液中自组装形成各种超分子有序聚集体,其含有疏水微区亲水界面的非均相结构赋予了两亲分子聚集体独特的增溶性质。目前基于两亲分子聚集体增溶荧光探针构建的溶液相传感体系更多用于选择性传感,而以区分识别为传感目的的交互响应性传感体系的构建策略还比较有限,因此在对复杂样品分析、高通量识别方面应用受限。


近日,陕西师范大学丁立平教授(点击查看介绍)应邀在ACS Applied Materials & Interfaces 上综述了表面活性剂聚集体增溶芘荧光衍生物的荧光传感器及阵列的区分识别应用,主要介绍了课题组发展的基于表面活性剂聚集体调控探针光物理性质构建交互响应性传感体系的新策略,并实现了对多种金属离子、蛋白质、生物硫醇等分析物及其混合样品的检测和区分识别。


表面活性剂分子因其双亲结构可在水溶液中自组装形成动态的、非均相的各种超分子聚集结构。这些超分子聚集体不仅可以提供疏水空腔来增溶荧光探针分子,而且能够调节其光物理性质和传感性能。因此,表面活性剂聚集体被广泛用来制备荧光传感器及阵列,且具有价廉易得、制备简单、可水相检测、性能易于调控等优点。表面活性剂聚集体的调控作用主要是利用其聚集状态的动态平衡变化可以影响增溶荧光探针的荧光发射,而表面活性剂聚集体结构的动态平衡对外部环境变化和刺激非常敏感。因此,外来分析物可能会引起表面活性剂聚集行为发生变化,进而诱导所增溶荧光探针的荧光发射发生改变。

图1. 基于表面活性剂聚集体的交互响应传感器区分识别多种分析物的示意图


受表面活性剂聚集体特殊性质的启发,在过去的几年中,丁立平教授小组一直致力于基于表面活性剂聚集体的荧光选择性和区分识别型传感器的开发。研究发现表面活性剂聚集体不同聚集状态之间存在动态平衡。此外,不同聚集态为增溶探针提供不同的微环境,使其发射不同荧光。因此,丁立平教授小组提出利用表面活性剂聚集体增溶具有多个发射带的荧光探针并调控其荧光发射的策略来制备具有交互响应性的荧光传感体系。如图1所示,添加的相似分析物可导致表面活性剂聚集体的聚集状态发生不同的变化,然后通过提供不同的微环境而导致增溶探针的不同荧光发射行为。分析物引起的不同变化可以通过各种发射曲线表示。因此,收集不同特征波长的荧光变化可以为每种分析物生成指纹图谱,并实现对相似分析物的区分。

图2. 用于构建表面活性剂聚集体荧光团传感器的荧光探针分子结构


通过利用表面活性剂对具有多个发射带的探针的荧光发射的这种调制效应,该小组设计合成了一系列具有多谱带发射特点的基于芘的荧光衍生物(图2)。对于大多数双芘荧光团,它们可以在表面活性剂聚集体中表现出有效的激基缔合物(excimer)发射(图3a和3b)。有趣的是,表面活性剂聚集体还可以诱导单芘荧光团的excimer发射(图3c和3d)。对于这些探针,表面活性剂聚集态的细微变化均可以极大地改变单体与excimer发射的强度比,这为检测分析物诱导的聚集变化奠定了坚实的基础。作者通常选择同时显示单体和激基缔合物的荧光团/表面活性剂组合体构建交互响应传感平台。

图3. 表面活性剂聚集体对增溶的芘荧光衍生物的荧光发射调控效应:(a) Bispyrene 4; (b) Bispyrene 7; (c) Monopyrene 2; (d) Monopyrene 3


通过一系列研究工作的开展,可以表明使用表面活性剂聚集体增溶具有多谱带发射探针制备交互响应性传感器的策略是可行且具有优势的。表面活性剂聚集体对探针多谱带发射信号的调控,实现了以多发射波长交互响应代替多传感单元交互响应,使得单一传感体系可以提供多个信号,简化了数据采集过程和样品消耗量。探针中引入分析物受体和多个发色团的存在有助于增强此类体系的交互响应性和区分识别能力。基于表面活性剂聚集体/荧光探针组装体的传感器已成功应用于区分多种金属离子,蛋白质,硫醇等,并可进一步用于对复杂样品(如市售瓶装水、市售果汁)或复杂环境(血清和尿液)中样品的分析和区分。


最后,作者指出目前基于表面活性剂聚集体的区分识别型传感器发展较少,可以通过多发色团的引入提供多谱带发射,同时,进一步引入分析物受体有望扩大可检测分析物的类别,与此同时,能够诱导聚集体变化的物质也可作为潜在分析研究对象。


相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces 上,陕西师范大学博士研究生乔敏为文章的第一作者,丁立平教授为通讯作者。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Fluorescent Ensemble Sensors and Arrays Based on Surfactant Aggregates Encapsulating Pyrene-Derived Fluorophores for Differentiation Applications

Min Qiao, Junmei Fan, Liping Ding*, and Yu Fang

ACS Appl. Mater. Interfaces202113, 18395–18412, DOI: 10.1021/acsami.1c03758

Publication Date: April 19, 2021

Copyright © 2021 American Chemical Society


导师介绍

丁立平

https://www.x-mol.com/university/faculty/12400 


(本稿件来自ACS Publications


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