基于AIE掺杂的聚离子液体反蛋白石结构创建用于多组分鉴别分析的单光子微球传感体系

Construction of single sensing element based virtual sensor array to realize discrimination of a broad range of multianalytes represents a big challenge. In this project, a new strategy for efficiently creating such arrays based on single AIE-doped poly(ionic liquid) photonic sphere is proposed and will be systematically investigated based on the synergetic combination of unique properties of ionic liquid, AIE dye and inverse opaline structure. The implementation of this project will allow for the establishment of a new method for conveniently constructing one-particle multichannel sensing platform for multianalyte detection and discrimination with a series of advantages, such as great flexibility and extendibility, customizable task-specific performance, and a broad application range. Additionally, through this study we will gain deep insights into the diversity of the host-guest interactions of poly(ionic liquid) as well as the coupling mechanism of these molecular interactions with signaling units, which will be useful for construction of other functional supramolecular systems and devices.

构筑基于单一传感单元的阵列体系，实现应用范围宽泛的多组分鉴别是一个巨大的挑战。在已取得的初步成果上，本项目拟基于AIE掺杂的聚离子液体反蛋白石结构，构建用于多组分鉴别的单光子微球传感体系。通过将离子液体与客体分子丰富的主-客体作用与光子禁带和AIE信号通道相耦合，产生足够的分析物指纹识别信息，实现单光子微球的多分析物鉴别分析；另一方面，构建参数自由的组合使用，可对微球的主-客体作用及信号通道结构进行灵活的设计，实现传感单元的高效构筑。与此同时，采用离子交换反应可迅速地建立传感单元库，并通过使用特定的抗衡离子，实现对传感单元的定制。本项目的设立，将有望发展出一种具有系列优势的构筑多信号通道传感体系的新策略，实现基于单微球的广谱范围多分析物的鉴别；另一方面，对离子液体呈现的丰富主-客体作用本质以及与信号单元的耦合获得深层次认识，为离子液体作为功能材料发展其它超分子体系和器件提供有价值的信息。

我们开展了深入系统的研究工作并证实了前期的假设，发现光子结构化的聚离子液体是一类非常具有潜力的新型高效传感材料体系。在此材料体系中，离子液体独特的多重非共价相互作用力提供了极为丰富的探测识别信息，而集成于材料体系中的光子信号与荧光信号双通道又能将丰富的分子作用信息表达成可进行方便处理的分析物指纹识别信息，这些特性为AIE掺杂的聚离子液体反蛋白石结构材料成为一类新的高效传感材料奠定了基础。我们的传感材料体系具有如下特点：1）通过使用方便的离子交换反应以及采用不同种类和数目的荧光分子，可快速方便的构筑形成巨大的传感单元库，根据需求可用于非常广泛的多分析物体系的探测；2）单一的传感单元即可获得丰富的指纹识别信息，展示出高效的传感识别特性，可实现对精细多分析物体系的高效探测识别；3）基于离子液体独特的催化特性与多重非共价相互作用力相结合，可实现集催化反应与探测为一体的实时检测体系的构筑。在过去的四年的研究工作中，课题按计划顺利开展，完成了计划的任务。依次完成了设计和合成若干类可聚合型咪唑基离子液体单体及不同发光波长的 AIE 分子单体；利用液滴微流控技术将各种尺度的单分散二氧化硅纳米颗粒组装成具有不同光子禁带位置的二氧化硅胶体晶体微球模板；通过模板复制法成功地制备了多种AIE 掺杂的聚离子液体反蛋白石光子微球；利用制备的光子微球作为双信号通道传感体系，对一些重要的生物分子体系（氨基酸、糖、生物酶等）的差异性识别进行了深入系统的研究。同时在实施过程中也获得了一些意外的发现，例如发现了一种构筑仿生多腔室结构的新方法，以及发展了一种基于离子液体的构筑动态液-液界面的新策略。基于已开展的工作在 J. Am.Chem. Soc.（1 篇） ， Chem. Sci.（3 篇），Nanoscale （2 篇），Macromolecules（2 篇） 和 ACS Appl. Mater. Interfaces（2 篇） 等本领域重要刊物上共发表论文十余篇。本项目的开展，产生出一类新的基于单一微球（虚拟阵列）的传感平台，实现广谱范围的多组分鉴别与分析。对离子液体呈现的丰富主-客体分子间作用的本质，以及这些作用与光子结构和AIE荧光传导单元的协同耦合获得深层次的理解和认识，为离子液体作为功能材料发展其他功能性超分子体系和器件提供有价值的信息。