基于两亲性镧系金属配合物的超分子传感界面的构建及其对磷酸衍生物的高效传感

Although metal complex-based chemosensors can bind anions effectively by overcoming the high hydration energy of anions in aqueous media, it is still a big challenge to realize a highly efficient anion detection just through the single interaction between sensor and anions. Compared with simple molecular sensors, chemosensors with multi-binding sites can capture anions cooperatively through a positive homotropic allosterism, which can improve the sensor performance dramatically. However, the reported positive homotropic allosteric systems still bear some drawbacks such as complicated synthesis route, limited binding sites and poor pre-organization ability etc. Based on our previous research work, a series of novel amphiphilic Ln(III) complex will be synthesized; The supramolecular sensing interface with different morphology will be constructed; The sensing performance of the supramolecuar interface to various phosphate derivatives will evaluated. The dependence of the sensing performance on the structure of supramolecular assembly will be studied; The forming process and the sensing mechanism of the self-assembly will be investigated by different techniques. It is believed that these kinds of studies will be favorable for broadening the design strategy, enriching the content and boosting the development of anion sensors, and lay foundations for fabricating new efficient anion sensing platform.

基于金属配合物的均相传感器虽能克服阴离子的水合作用而与其形成稳定配位键，但仅靠这种单一作用很难实现对水相阴离子的高效检测。比较而言，包含多个结合位点的受体分子可通过分子的变构作用实现对底物离子的协同络合，从而大幅度提高传感器的综合性能。然而，业已报道的几例协同作用体系均存在构建难度大、结合位点少、预组织能力不理想等问题。为此，本课题拟立足已有工作基础，设计合成多个系列结构新颖的两亲性镧系金属配合物；组装一系列具有不同结构特点的超分子传感界面；考察组装体对磷酸衍生物的传感性能；研究传感性能对组装体结构的依赖性；揭示组装体形成和超分子界面传感机理。相信通过构建基于两亲性镧系金属配合物的超分子传感界面，考察其光物理行为和传感特性，研究与之相关的基本科学问题，必将有助于拓展阴离子传感器设计思路，丰富阴离子传感器研究内容，提升阴离子传感器创制水平，为新型高效阴离子传感平台搭建奠定基础。

磷酸、羧酸阴离子及其衍生物普遍存在于生命细胞中并参与了绝大多数的生命化学过程，因此，研制性能优异的磷酸、羧酸阴离子传感器将会极大地促进对此类阴离子参与的生命现象的理解。在自然科学基金的支持下，项目组依据计划书所规定的研究任务，围绕两亲性镧系金属配合物的设计合成，超分子荧光敏感界面的构建以及对生物阴离子的传感识别展开研究工作。过去四年里，项目组设计合成了9种两亲性镧系金属配合物，3种两亲性香豆素衍生物和2种荧光物种标记的高分子化合物，研究了两亲性小分子化合物在水溶液中的自组装行为以及组装过程对其光物理性质的调控作用，构建了8种具有各种形状和尺寸的荧光超分子界面。利用组装在界面上的受体分子与底物分子之间的多重相互作用、协同作用以及超分子聚集体的组成动态特征，实现了对结构极其相似的阴离子包括：核苷酸同系列分子、单链DNA构象、柠檬酸/异柠檬酸同分异构体、同系列有机羧酸盐、CD44蛋白以及表面活性剂的精细区分。不同于传统小分子荧光探针，具有高级结构的自组装体具备高度有序的超分子界面，能提供分子高效识别过程所必须的预组织结构，确保组装在界面上的受体分子灵敏、特异地络合底物分子，大大提高了传感体系的选择性和灵敏度。