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研究:明胶泡沫在紫外线照射下显示出超长有机磷光,或可用来制作光学传感器

前瞻网 2021-12-29 09:25

 

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近日,一项由日本理化学研究所(RIKEN)科学家进行的研究表明,当紫外线照射到坚固、轻便且具有生物相容性的泡沫时,它们会发光。这种磷光可以有多种应用,例如在显微镜下对生物样品进行成像。

磷光材料吸收高能光,然后将能量逐渐释放为更长波长的光。这种余辉可以持续数分钟甚至数小时—比荧光材料持续的时间还要长得多。

无机化合物被广泛用作磷光材料,但一些碳基有机材料也可以显示出持久的发光,称为超长有机磷光。有机材料可能比无机磷更容易制造,研究人员可以通过改变分子结构来微调其发光的颜色和持续时间,为防伪和光学传感等可能的应用量身定制。但超长有机磷光材料易碎且含有有毒成分,所以限制了其实际应用。

最近,RIKEN的Yasuhiro Ishida 及其同事发现,明胶是一种肽和蛋白质的混合物(常用作食品和药物中的胶凝剂),可以转化为强的超长有机磷光材料。

研究人员将明胶与水混合形成水凝胶,然后将它们冷冻干燥以形成多孔泡沫。在测试了各种明胶浓度和冷冻条件后,研究人员发现将混合物冷却到 -10 摄氏度会产生最强的泡沫,能够承受高压。尽管 80% 是空气,但一块方糖大小的泡沫可以承受 40 公斤的重量。电子显微镜显示泡沫具有非常规则的结构,具有相似形状和大小的孔。

研究小组将紫外线照射到泡沫上后,它们会发出黄绿色光,并持续几秒钟。进一步的研究表明,称为羰基的化学基团簇是泡沫显示出超长有机磷光的原因。暴露在空气中后,它们的磷光寿命会缩短,因为湿气破坏了这些羰基团簇。

该团队用不同的材料制作了类似的泡沫,包括聚丙烯酸钠和聚(丙烯酰胺)。虽然不如明胶泡沫强,但这些泡沫都表现出超长的有机磷光活性,发出蓝色或深绿色的光。将明胶与称为 PVA 和 PVP 的聚合物混合,也能使它们发出磷光。

因为明胶泡沫是无毒的,所以科学家现在希望将它们开发为制作光学传感器的环保材料。

该研究论文题为“Ultralong Organic Phosphorescent Foams with High Mechanical Strength”,已发表在Journal of the American Chemical Society上。

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责任编辑: 3976DBC

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