Исследователи из Китая уверяют, что разработанный в их группе флуоресцентный сенсор многократного использования, способный обнаруживать следовые количества взрывчатых веществ в грунтовых водах и даже в морской воде, может оказаться полезным как для борьбы с террористической угрозой, так и для защиты окружающей среды.

Для обнаружения взрывчатых веществ существует большое количество методик – газовая хроматография, спектроскопия комбинационного рассеивания и флуоресцентная спектроскопия. Наиболее часто применяется флуоресцентная спектроскопия, это обусловлено ее простотой, высокой чувствительностью и низкой стоимостью.

Используемый в настоящее время подход основан на том, что флуоресцентные красители инкорпорируются в твердую матрицу, находясь в которой они взаимодействуют с молекулами взрывчатых веществ, вызывая флуоресценцию.

Рис. 1. Мезопористый материал, функционализированный
люминогенами, работающими по принципу эмиссии,
вызываемой агрегацией, может выступать в роли эффективного
и многократно используемого флуоресцентного сенсора,
способного детектировать в воде пикриновую кислоту.
(Рисунок из Chem. Commun., 2012, DOI: 10.1039/c2cc31890c).

Однако некоторые флуоресцентные красители зачастую могут агрегировать внутри матрицы, что может приводить к существенному понижению интенсивности флуоресценции, это называется эффект гашения. Этот эффект приводит к тому, что появляется необходимость дизайна и синтеза молекул, агрегация которых скорее вызывает, чем подавляет флуоресценцию.

Материалы такого типа – люминогены, работающих по принципу эмиссии, вызываемой агрегацией (aggregation-induced emission (AIE) luminogens) уже зарекомендовали себя в детектировании взрывчатых веществ в органических растворителях, однако получить дисперсии этих соединений в водной среде до настоящего времени практически не удавалось получить.

Цзихонг Ю (Jihong Yu) с коллегами смог расширить возможности практического применения AIE люминогенов для определения взрывчатых веществ в водной среде. Они смогли решить проблему, используя в качестве твердой матрицы пористый материал, который позволяет люминогену эффективно взаимодействовать с детектируемым взрывчатым веществом. По словам Ю, преимущества полученного в его группе материала заключаются в том, что

пористый субстрат позволяет добиться более эффективного массопереноса аналитов и приводит к реализации более прочного взаимодействия люминогена с адсорбированной молекулой взрывчатого вещества.

Исследователи из группы Ю продемонстрировали возможности нового сенсора детектируя соединение, которое является модельным для разработки методов аналитического обнаружения взрывчатых веществ – пикриновой кислоты, показав, что чувствительность новой системы сравнима с чувствительностью сенсоров для определения ВВ в неводных средах. Чувствительность новой системы по отношению к взрывчатым веществам в воде на несколько порядков выше, чем чувствительность флуоресцентной системы силафлуореновый сополимер – нанопористый оксид кремния, который был не так давно разработан в группе (Уильяма Троглера) из Университета Калифорнии (Сан-Диего).

Троглер отмечает, что преимуществами аналитической системы Ю является высокая химическая стабильность флуоресцентного материала и возможность регенерации сенсора.

Возможность неоднократного применения разработанного Ю материала является ключевым фактором его дальнейшего применения. Ю продемонстрировал, что производительность системы не понижается через пять циклов, а подготовить систему к новому анализу можно, просто промыв ее. Ю отмечает, что исследователи из его группы в настоящее время разрабатывают мезопористые материалы, функционированные AIE люминогенами для обнаружения взрывчатых веществ различного типа.