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化学科学与工程学院闫冰教授课题组新型杂化荧光传感器件设计取得重要进展——为食品安全实时监测提供便捷方法
发表时间:2017-08-08 阅读次数:72次

        对在生物和环境中起到重要作用的物质进行识别早已成为化学传感领域的重要研究目标。在目前的特定分析物的检测方法中,荧光传感因其检测速度快、灵敏度高、选择性好以及设备操作简单等优点脱颖而出,受到人们的青睐。然而,单独的荧光传感材料所存在的稳定性差,实时检测性低及易于污染待测体系等缺点极大的限制了其实际应用。近年来,荧光传感材料和器件的研究已成为材料科学中的重要内容,得到化学研究者的极大关注。
        我校化学科学与工程学院闫冰教授课题组长期从事稀土光功能杂化材料和微纳固体的研究工作,除了在光功能集成上取得重要进展,更提出通过稀土离子功能化实现多中心光响应传感材料的设计合成,开发出一系列以稀土光功能金属有机骨架(MOFs)为主体的荧光材料及新型传感器件,并已将此类传感器件成功应用到与环境危害及人体健康相关的离子、气体分子及生物标志物的检测上。
        近日,该课题组创新性地设计合成了一种基于双刺激响应型的荧光传感凝胶及浓度依存的逻辑运算装置用于食品变质的实时检测。食品变质不仅会带来巨大的经济损失,更是造成食品安全隐患地最主要原因之一,会给人体健康带来严重危害,因此对食品腐变进行有效的实时监测和检测尤为重要。课题组通过共价修饰将富含羧基的甲基红染料(MR)嫁接到骨架中含有自由氨基(-NH2)的稀土MOFs(EuMOFs)中成功合成传感材料—MR@EuMOFs (ƞ = 48 %),并将此其固定于纤维素水解形成的网状凝胶中组装成传感器件。 MOFs骨架有效的光吸收及对Eu3+ 和MR的能量传递过程实现了材料双发光中心( FEu和FMR )的集成,且不同的荧光中心对于食品变质产生的挥发性组胺(或pH)含量存在不同的响应特性,促使传感凝胶在紫外灯下发生明显的颜色变化。响应25分钟并线性拟合后,对于组胺的灵敏识别达到0.1 μM。基于以上的变化,将组胺的浓度水平作为输入,两种荧光中心作为输出信号成功构筑了一种1到2的逻辑运算。四种不同层次的浓度组合:NOT (0, 1), YES (1, 0),PASS 1 (1, 1)和PASS 0 (0, 0) 所进行的二进制编码为食品变质的评估提供了由化学反应到分子元件的转化。相关研究成果“A Double-Stimuli-Responsive Fluorescent Center for Monitoring of Food Spoilage based on Dye Covalently Modified EuMOFs: From Sensory Hydrogels to Logic Devices”发表在国际材料科学顶级期刊《Advanced Materials》 (Adv. Mater. 2017, 29, 1702298,期刊影响因子19.791),论文第一作者为该课题组博士生许晓玉。

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        以上研究为食品变质监测的新型稀土功能化的MOFs荧光器件的设计组装提供了新的途径,为开发此类荧光传感器的分子逻辑计算功能提供了可行的设计方法。该研究工作获得了国家自然科学基金面上项目(21571142)的资助。

来源:化学科学与工程学院

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