Haonan Peng, Liping Ding*, and Yu Fang*. J. Phys. Chem. Lett., 2024, 15, 849-862.

JPC Letters 综述：荧光传感薄膜构建策略最新进展

近日，陕西师范大学房喻院士团队在JPC Letters上发表了荧光传感薄膜构建策略最新进展的综述文章，彭浩南教授为第一作者， 房喻教授和丁立平教授为通讯作者。

[背景介绍]

薄膜基荧光传感器（FFSs）因其具有高灵敏度、高特异性、免受光散射干扰以及非侵入性等优势，在隐藏性爆炸物/非法药物检测、溶解氧及挥发性有机化合物测定等方面得到了广泛应用，并入选“2022年度国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）十大新兴化学技术”。

薄膜基荧光传感涉及复杂的表界面相互作用， 概括而言主要包含两个基本过程：“传能”和“传质”。其中，“传能”过程是指传感单元与分析物分子间发生相互作用，从而影响传感单元发光过程中的能量变化，使其荧光强度、寿命、发射波长等发生改变；“传质”过程是指分析物分子在荧光活性层所发生的吸附、扩散和解吸过程。由此可见，薄膜传感性能主要取决于决定传感发生机制的传感单元，以及影响分析物分子吸附、解析和扩散的活性层结构。

图1. 薄膜荧光传感基本过程

[综述概要]

本综述重点介绍了荧光传感薄膜构建策略的最新进展。首先，总结了为提高荧光单元与分析物间“传能”作用效率的传感分子设计策略，包括开发具有分子内电荷转移（ICT）特性的分子、显示有多重发射特性的分子，以及具有激发波长依赖发射行为的单分子，这些策略特别适用于追踪那些光电惰性或缺乏特定识别基团的分析物；接着概述了在构建活性层方面的最新进展，特别是通过构建分子通道来提高传感过程中的“传质”效率，包括开发非平面结构分子、共轭微孔聚合物、框架结构材料和多孔纳米薄膜等先进材料，这些材料有助于形成具有丰富多孔结构的活性层。

除了上述构建策略之外，科学家将模拟仿真与微纳加工技术相结合，用于优化传感薄膜活性层和基底的表面形态及微观结构，为在微米和纳米尺度上的高精度结构设计提供了物理手段。该方法有望成为一种提升薄膜基荧光传感器性能的高效方法。

图2. 荧光传感薄膜构建策略进展

[挑战和机遇]

尽管在薄膜基荧光传感器的构建和应用方面取得了显著进展，但在这一领域仍面临一系列挑战和机遇。首先，对于薄膜传感中涉及的传能和传质机制需要更深入的理解。现有的扩散模型，如克努森扩散和分子扩散理论，主要关注分析物分子的物理特性，如气体常数和分子量，而忽视了分子的化学属性。实际上，分析物与荧光活性层之间的分子相互作用在影响传质过程中扮演着关键角色。因此，需要进一步的研究来阐明基于薄膜荧光传感器中分子相互作用的复杂相互关系。其次，迫切需要进行全面的调查研究，以深入了解新型传感薄膜的发展，这涉及新型传感分子的合成和具有分子通道物理化学结构明确的活性层的构建。在这些领域的深入研究将促进先进传感薄膜的设计和制造，提高其性能。最后，设计和集成稳健的环境传感器是一个重要挑战。实际样品中组分庞杂，待分析物可能会受到其他化合物的干扰，从而影响传感过程的准确性和选择性。因此，需要更加关注开发具有高选择性的网格化环境传感器。

相关论文发表在JPC Letters上，陕西师范大学彭浩南教授为文章的第一作者， 丁立平教授和房喻教授为通讯作者。

通讯作者：房喻教授、丁立平教授，陕西师范大学

第一作者：彭浩南教授，陕西师范大学

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c03130