荧光传感器在金属离子的精确检测中有着优势作用，直接检测水溶液中的金属离子非常重要。而大多数荧光团是疏水性的，不能用于直接检测水性样品。因此，研究人员通过将荧光基团与亲水性聚合物载体相结合来解决这个问题。但是，大多数研究只关注荧光团在识别金属离子中的作用，而忽略了聚合物及其聚集状态对检测的影响。因此深入研究聚合物及其聚集状态对金属离子检测的影响，对于荧光传感器的开发具有促进作用。

本文通过后交联策略制备了具有芘基荧光交联结构的微凝胶，研究发现微凝胶可特异性检测水溶液中的Fe³⁺，且不受其他金属离子（Al³⁺, Ba²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Hg²⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, or Mg²⁺)的影响（如下图所示）。

通过荧光发射光谱、荧光寿命、¹H NMR、XPS、SEM等表征手段对Fe³⁺使微凝胶荧光淬灭的机理进行了探究。发现HEMA、芘和微凝胶结构在荧光淬灭中缺一不可。对于HEMA，其羟基氧原子可作为弱场配体，与Fe³⁺配位。一方面，充当抓手，使Fe³⁺富集在微凝胶中；另一方面，它会导致Fe³⁺产生单电子并诱导高顺磁性。同时，纳米级微凝胶结构促进了高顺磁性Fe³⁺靠近芘，缩短了Fe³⁺和芘之间的距离，使Fe³⁺可以有效地与芘的激发态相互作用，导致非辐射能量转移过程，从而“关闭”荧光。

该工作利用微凝胶的限制效应协同荧光淬灭特异性检测水溶液中的Fe³⁺，为荧光传感器的开发提供了新的思路。以上研究成果近期以“Confinement-Assisted Specific Fluorescence Detection of Fe³⁺ in Aqueous Solution by Styrylpyrene-Based Microgels”为题，发表于ACS Applied Polymer Materials上（DOI：10.1021/acsapm.4c03044）。浙江理工大学化学与化工学院硕士生黄维为文章第一作者，王新平教授和周娴婧副教授为通讯教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsapm.4c03044