中國(guó)科大在仿螢火蟲(chóng)高強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)發(fā)光研究方面取得重要進(jìn)展
目前大多數(shù)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)都是“閃光”型光發(fā)射，發(fā)光在短時(shí)間內(nèi)完成，限制了其在冷光源、分析化學(xué)和生物成像等方面的應(yīng)用。高強(qiáng)度和長(zhǎng)時(shí)間的“輝光”型化學(xué)發(fā)光一直是化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域追求的目標(biāo)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院崔華教授課題組與馬明明教授及南京大學(xué)王偉教授合作，成功制備了一種具有高強(qiáng)度和長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)發(fā)光的水凝膠，其發(fā)光在黑暗中肉眼可見(jiàn)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)150小時(shí)以上，并提出了新的“輝光”型化學(xué)發(fā)光機(jī)理-慢擴(kuò)散控制的異相催化作用機(jī)理。相關(guān)研究成果于10月17日以“Fire?y-mimicking intensive and long-lasting chemiluminescence hydrogels”為題，在線發(fā)表于《Nature Communications》上（Nat. Commun., 2017, DOI:10.1038/s41467-017-01101-6）。
研究團(tuán)隊(duì)采用天然的殼聚糖、化學(xué)發(fā)光試劑N-(4-氨丁基)-N-乙基異魯米諾（ABEI）和催化劑Co2+，制備了水凝膠。研究發(fā)現(xiàn)：99.8 % Co2+被固定在水凝膠骨架上，而89.5 % ABEI分散在水凝膠孔洞中。當(dāng)加入氧化劑H2O2，其緩慢擴(kuò)散進(jìn)入水凝膠，被位于活性中心的催化劑Co2+分解產(chǎn)生活性自由基，接著與化學(xué)發(fā)光試劑反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。由于Co2+的螯合和異相化作用增強(qiáng)了其催化活性和穩(wěn)定性，且具有微米/納米孔洞和高粘度的水凝膠大大降低H2O2的擴(kuò)散速度，從而產(chǎn)生了強(qiáng)而長(zhǎng)的化學(xué)發(fā)光。本項(xiàng)工作在化學(xué)發(fā)光動(dòng)力學(xué)和催化特性方面模擬了螢火蟲(chóng)生物發(fā)光，其發(fā)光時(shí)間明顯優(yōu)于現(xiàn)有的長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)發(fā)光體系，如酶參與的化學(xué)發(fā)光體系和過(guò)氧化草酸酯化學(xué)發(fā)光體系，且該水凝膠合成簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、生物兼容性好，在冷光源、生物傳感器、微芯片和生物成像等方面具有重要的應(yīng)用潛力。
圖注：化學(xué)發(fā)光水凝膠的制備及化學(xué)發(fā)光
中國(guó)科大博士研究生劉雅婷、博士后沈雯和博士研究生李琪為共同第一作者。本研究得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然基金委的支持。
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