לאחרונה, מעבדת טכנולוגיית החישה של שנגחאי המכון למיקרו-מערכות וטכנולוגיית מידע, האקדמיה הסינית למדעים (SIIST) עשתה התקדמות חשובה במחקר של חיישני פלורסנט בעלי סרט דק. עבודה זו מספקת אסטרטגיה יעילה להכנת חיישני פלואורסצנטי מעולים בסרט דק, ומאמתת ומחשבת באופן ניסיוני את התהליך הסינרגטי של חישת הקרינה וספיחת גז.
בשנים האחרונות, חיישני פלורסנט סרט דק ממלאים תפקיד מכריע בתחום חישת הגזים, במיוחד בתחום חישת הסיכונים החברתיים כגון חומרי נפץ, חומרי עצבים וסמים. בשל הרגישות הגבוהה, ההיענות והסלקטיביות שלהם, הם מהווים את אחת הטכנולוגיות המבטיחות ביותר לזיהוי חומרים עקבות. עם זאת, רוב החומרים הרגישים לפלורסנט סובלים מאפקט של כיבוי פלואורסצנטי מצטבר (ACQ) ותופעת הלבנת צילום, מה שהופך חומרי חישה פלואורסצנטיים לנדירים העומדים בדרישות של יישומים מעשיים. זה מגביל מאוד את היישום של חומרים רגישים פלואורסצנטיים בזיהוי גזים, ויש צורך דחוף בפיתוח חומרים רגישים חדשים בעלי ביצועים גבוהים עבור חישת גזים. מתוך כוונה לבעיות של יעילות קוונטית ירודה של הקרינה במצב מוצק ויציבות צילומית ירודה שעומדות בפני חומרי בדיקה אורגניים פלורסנטיים בעלי סרט דק, החוקרים פיתחו סוג חדש של חיישן גז פלואורסצנטי עם סרט דק עם סרט דק עם 3S (רגישות, סלקטיביות, יציבות) ) עבור אנליטי גז על ידי החזרת אורח ניאון אורגני על גבי מסגרת מתכת-אורגנית (MOF), אשר סיפקה שיטה גמישה לבניית חיישני פלורסנט בעלי סרט דק כדי לספק צרכים שונים. גישה גמישה.
בעבודה זו, מולקולת ACQ Me4BOPHY-1 שימשה כאורח אורגני מכוסה, שהוטבעה בתוך מסגרת מתכת אורגנית ZIF-8 בשיטת סינתזה פשוטה של פאזות מוצקות, ומאפייני פליטת הקרינה שלה הותאמו על ידי התאמת יחס הטעינה. ה-MOFs (ZIF-8) סיפקו למולקולת האורח עם MOFs (ZIF-8) מספקים ננו-חללים שונים עבור מולקולות האורחים, ובכך הפחיתו את הצבירה העצמית של פלואורסצנטיות מולקולות והתגברות ביעילות על אפקט ACQ של Me4BOPHY-1. יעילות הקרינה הקוונטית במצב מוצק (QY) של המולקולה גדלה מ-0.76% ל-19.72% עם יחסים שונים של מולקולות אורחים. בנוסף, הושג זיהוי בשלב הגז של דיאתיל כלורופוספט (DCP), אנלוגי של סוכן העצבים סארין (איור 1).
איור 1. שיפור היעילות הקוונטית של הקרינה וביצועי החישה של בדיקות מולקולות קטנות פלואורסצנטיות אורגניות באמצעות מבנים מוטבעים של מארח-אורח.
מחקרי ספיחה של קרן שלוחה של MEMS הראו שההעשרה מראש של חיישן MOF המוטבע במארח-אורח עבור הגז הנמדד העניקה לבדיקה יכולת חישת גז מעולה, עם זמן תגובה של עד 3 שניות ומגבלת זיהוי נמוכה כ-1.13 ppb. יתרה מכך, אפקט הכלוב של ה-MOF משפר את הסלקטיביות של האנליט, וה-Me4BOPHY-1＠ZIF-8 סלקטיבי מאוד לגז המפריע HCl. -8 חלש משמעותית בתגובה לגז המפריע HCl, מה שהיה בלתי נמנע בספרות הקודמת. בינתיים, "אפקט הכלוב" של מבנה המסגרת האורגנומתית מבטיח גם את יציבות הצילום הטובה והיציבות התרמית של החיישן. טמפרטורת הפירוק התרמי של המולקולות האורגניות פלואורסצנטיות הוגדלה מ-200 מעלות ל-527 מעלות, ועוצמת הקרינה הראשונית נשמרה גם לאחר 4800 שניות של קרינת לייזר ברצועת העירור. לסיכום, אסטרטגיית העיצוב המוטמעת בנושא אובייקט מספקת חיישן גז פלורסנטי עם סרט דק עם 3S (רגישות, סלקטיביות ויציבות) גבוהים עבור אנליטים של גז, ומציעה שיטה גמישה לבניית חיישני פלורסנט של סרט דק כדי לספק צרכים שונים. מוצעת אסטרטגיית עיצוב מתקדמת עבור חיישני פלורסנט בעלי סרט דק עם יישומים מבטיחים בחיישת גזים מסוכנים (איור 2).
איור 2. חיישן MOF מוטבע כאורח מארח מממש סינתזה גבוהה של 3S (רגישות, סלקטיביות, יציבות)
המחבר הראשון של המאמר הוא Zhengqi Shen, סטודנט לתואר שני של המכון שלנו, והמחברים המקבילים הם Yayan Fu, חוקר, Jiangong Cheng, ו-Min Tu, חוקר צעיר. העבודה נעזרה גם בחוקר הצעיר קאי צ'י, עמית הפרויקט Xiuyun Jiang ופרופ' Zhiyong Fan מאוניברסיטת הונג קונג למדע וטכנולוגיה. העבודה הקשורה נתמכה על ידי תכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של משרד המדע והטכנולוגיה (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (62022085, 62301544, 61831021, 22831021, 22201 הוועדה למדע ושנגחאי) (22QA1410800).
