中科院新疆理化所：在维度驱动构象抑制提升传感信号信噪比方面取得进展

荧光分子识别是化学传感、生物分析与法医鉴定的重要技术，但其检测精度受复杂环境下材料本底荧光干扰、信噪比不足的严重制约，现有研究多集中于信号放大与单一结构刚性化增强发光，忽略了通过系统性构象调控抑制本底荧光的核心作用，且目前缺乏多级结构维度的构象调控平台与构象–发光–传感性能的系统关联研究；基于此，通过从小分子、聚合物到共价有机框架（COFs）的递进式结构调控，逐级限制分子构象自由度，有望从本质上降低本底荧光、提升信噪比，为构建高保真、高性能荧光传感体系提供全新的通用设计思路。

基于此，中国科学院新疆理化技术研究所提出了通过改变三苯胺取代基个数实现材料维度演变与逐步构象抑制以调控背景本征荧光和传感响应性能的酰腙基传感材料设计策略。具体而言，基于激发态分子内质子转移（ESIPT）机制，以1H-咪唑-4,5-二甲酰肼和含有不同醛基个数的三苯胺衍生物为基本构筑模块，通过席夫碱反应设计并合成了具有不同结构维度的酰腙基传感材料，随着三苯胺单元上取代基个数从1增加至3，可分别形成零维离散分子DPA-IDA、一维线性聚合物DFTA-IDA及二维共价有机框架TFPA-IDA COF材料。为了探究逐级构象抑制与信噪比提升的内在规律，选取全球滥用严重的新型精神活性物质FUB-INACA作为典型检测对象，系统研究了不同维度材料中构象自由度对本征发光行为和目标物检测性能的影响。

结果表明，随着材料维度由零维向二维逐步提升，其几何结构由线性向极度弯曲演变，体系的构象限域效应显著增强，ESIPT过程被抑制，荧光强度降低50%，与合成大麻素FUB-INACA作用后分别呈现荧光降低、荧光增强、荧光点亮的现象。进一步研究表明，其响应机制由零维体系中的PET荧光猝灭，转变为二维体系中抑制ESIPT并协同触发分子内电荷转移的荧光增强。其中，具有极低基线发射的零背景荧光二维TFPA-IDA COF对合成大麻素FUB-INACA表现出优异的荧光响应性能，荧光增强幅度高达5421.95%（54.22倍），检出限低至1.3 nM，响应时间< 1 s。

在此基础上，结合3D打印与丝网印刷技术构筑了三层结构微流控传感芯片，实现了复杂样本中合成大麻素FUB-INACA的抗干扰、可视化筛查，为理性设计零背景荧光传感材料实现复杂样品中危险化学物质的高灵敏、高信噪比检测提供了研究方案。

维度驱动的构象抑制构建策略及响应性能

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.3262519

来源：中科院新疆理化所安全科学实验室