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纤维素基固体荧光材料及其应用在化学研究所取得了一系列进展

        纤维素是自然界中储量最大的天然高分子,具有来源广、储量大、可再生、完全生物降解和生物相容性好等优点。纤维素被认为是满足人类社会可持续发展的"取之不尽、用之不竭"的能源和化学原料。纤维素聚合物链周期性地以丰富的羟基分布,具有良好的化学修饰性。通过纤维素的均相反应,可以将不同的官能团引入到纤维素链中,从而赋予纤维素新的性质,这是实现纤维素高价值利用的有效途径。

        近年来,在国家自然科学基金、科技部和中国科学院的大力支持下,中科院化学研究所工程塑料重点实验室张军的研究组对纤维素的均相化学反应和新型纤维素功能材料的设计和合成进行了深入的研究。具有聚集诱导猝灭效应(ACQ)的常见荧光分子通过羟基的化学键连接到纤维素主链上,在纤维素上易于修饰。通过高分子链的"锚定"和"稀释"效应以及基团间的静电排斥效应,有效地克服了荧光分子的ACQ效应,以及纤维素基固体荧光材料含有ACQ荧光分子。在此基础上,分别合成了红色、蓝色和绿色三种纤维素基固体荧光材料。结合荧光共振能量转移(FRET)效应和三基色原理,一种新型动态全色固体荧光材料通过简单的混合和控制比例获得了易于打印的产品。将具有响应特性的荧光基团与纤维素高分子链连接起来,也可以显著提高它们的分子识别能力,从而获得一种新的荧光探针和便携式试纸,对金属离子、酸和碱度都非常敏感。

        张军研究小组和有机固体研究所重点实验室王树研究小组开展了纤维素基光学功能材料在生物医学领域的应用研究,并取得了一系列进展。例如,利用纤维素上的几个可反应羟基,得到的纤维素基抗菌涂层材料,是由卟啉和季铵盐基团在纤维素分子链上同时进行化学键合而成的一种抗菌涂层材料。结果表明,纤维素基抗菌涂层材料(纤维素基抗菌涂层材料)是一种白光驱动的抗菌涂层材料,对抗药性细菌有很强的杀灭效果。

 

比率型胺响应的纤维素基荧光材料的设计合成及其智能标签对海虾新鲜度的原位监测

        最近,他们设计并合成了一种新型的比率型胺反应纤维素荧光材料,并提出了一种直观监测海鲜食品新鲜度变化的方法。以异硫氰酸脂荧光素(FITC)为指示剂,以原卟啉分子(PpIX)为内标,分别通过共价键与醋酸纤维素(CA)分子链结合。将所得的CA-FITC与CA-PpIX按简单比例混合,得到初始荧光可调谐固体荧光材料。荧光发射强度比IFITC/IPpIX与胺浓度(5-25000ppm)的对数呈线性关系,材料的荧光由红变绿,实现了对环境中胺浓度的快速、准确、实时的可视化监测。新型纤维素基荧光材料具有制备简单、稳定性好、可逆性好、生物降解性和加工性能好等优点,可制备各种材料,如油墨、涂料、透明柔性膜和纳米纤维膜等。利用纤维素基荧光材料的纳米纤维膜,将比例型胺制成指示剂标签,成功地实现了海产品(如海虾)的新鲜度原位视觉监测。研究结果发表在Nature Communications(2019, 10, 795)上。 

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