Baru-baru ini, Laboratorium Teknologi Penginderaan di Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology, Chinese Academy of Sciences (SIIST) telah membuat kemajuan penting dalam penelitian sensor fluoresensi lapisan tipis. Pekerjaan ini memberikan strategi yang efektif untuk persiapan sensor fluoresensi lapisan tipis yang unggul, dan secara eksperimental memverifikasi dan secara teoritis menghitung proses sinergis dari penginderaan fluoresensi dan penyerapan gas.
Dalam beberapa tahun terakhir, sensor fluoresensi film tipis telah memainkan peran penting dalam bidang penginderaan gas, terutama dalam bidang penginderaan bahaya sosial seperti bahan peledak, agen saraf, dan obat-obatan. Karena sensitivitas, responsivitas, dan selektivitasnya yang tinggi, sensor ini merupakan salah satu teknologi yang paling menjanjikan untuk deteksi zat jejak. Akan tetapi, sebagian besar material yang peka terhadap fluoresensi mengalami efek pemadaman fluoresensi agregat (ACQ) dan fenomena photobleaching, yang membuat material penginderaan fluoresensi yang memenuhi persyaratan aplikasi praktis menjadi langka. Hal ini sangat membatasi penerapan material peka terhadap fluoresensi dalam deteksi gas, dan ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan material peka berkinerja tinggi baru untuk penginderaan gas. Bertujuan untuk mengatasi masalah efisiensi kuantum fluoresensi keadaan padat yang buruk dan fotostabilitas yang buruk yang dihadapi oleh bahan probe fluoresensi organik film tipis, para peneliti mengembangkan jenis baru sensor gas fluoresensi film tipis host-guest dengan 3S (sensitivitas, selektivitas, stabilitas) yang tinggi untuk analit gas dengan cara membonceng tamu fluoresensi organik ke rangka logam-organik (MOF), yang menyediakan metode fleksibel untuk membangun sensor fluoresensi film tipis untuk memenuhi berbagai kebutuhan pendekatan yang fleksibel.
Dalam karya ini, molekul ACQ Me4BOPHY-1 digunakan sebagai guest organik terkapsulasi, yang tertanam ke dalam kerangka logam-organik ZIF-8 menggunakan metode sintesis fase padat sederhana, dan karakteristik emisi fluoresensinya disesuaikan dengan menyesuaikan rasio pemuatan. MOF (ZIF-8) menyediakan molekul guest dengan MOF (ZIF-8) menyediakan berbagai nanorongga untuk molekul guest, sehingga mengurangi agregasi diri molekul fluoresen dan secara efektif mengatasi efek ACQ dari Me4BOPHY-1. Efisiensi kuantum fluoresensi keadaan padat (QY) molekul ditingkatkan dari 0,76% menjadi 19,72% dengan rasio molekul guest yang berbeda. Lebih lanjut, identifikasi fase gas dari dietil klorofosfat (DCP), analog dari agen saraf sarin, dicapai (Gambar 1).
Gambar 1. Peningkatan efisiensi kuantum fluoresensi dan kinerja penginderaan probe molekul kecil fluoresensi organik menggunakan struktur tertanam host-tamu.
Studi adsorpsi balok kantilever MEMS telah menunjukkan bahwa prapengayaan sensor MOF tertanam host-guest untuk gas yang akan diukur memberikan probe kemampuan penginderaan gas yang sangat baik, dengan waktu respons hingga 3 detik dan batas deteksi serendah 1,13 ppb. Terlebih lagi, efek kandang dari MOF meningkatkan selektivitas analit, dan Me4BOPHY-1＠ZIF-8 sangat selektif terhadap gas pengganggu HCl. -8 secara signifikan lebih lemah dalam menanggapi gas pengganggu HCl, yang tidak dapat dihindari dalam literatur sebelumnya. Sementara itu, "efek kandang" dari struktur rangka organologam juga memastikan fotostabilitas dan stabilitas termal sensor yang baik. Suhu dekomposisi termal molekul organofluoresens ditingkatkan dari 200 derajat menjadi 527 derajat, dan intensitas fluoresensi awal dipertahankan bahkan setelah 4800 detik penyinaran laser dalam pita eksitasi. Singkatnya, strategi desain tertanam subjek-objek menyediakan sensor gas fluoresen film tipis dengan 3S (sensitivitas, selektivitas, dan stabilitas) yang tinggi untuk analit gas, dan menawarkan metode yang fleksibel untuk membangun sensor fluoresen film tipis guna memenuhi berbagai kebutuhan. Strategi desain tingkat lanjut untuk sensor fluoresen film tipis dengan aplikasi yang menjanjikan dalam penginderaan gas berbahaya diusulkan (Gambar 2).
Gambar 2. Sensor MOF tertanam host-tamu mewujudkan sintesis 3S (sensitivitas, selektivitas, stabilitas) yang tinggi
Penulis pertama makalah ini adalah Zhengqi Shen, mahasiswa magister di institut kami, dan penulis korespondensinya adalah Yanyan Fu, seorang peneliti, Jiangong Cheng, dan Min Tu, seorang peneliti muda. Pekerjaan ini juga dibantu oleh Peneliti Muda Kai Qi, Rekan Proyek Xiuyun Jiang, dan Prof. Zhiyong Fan dari Universitas Sains dan Teknologi Hong Kong. Pekerjaan terkait didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Utama Nasional Kementerian Sains dan Teknologi (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Yayasan Sains Alam Nasional Tiongkok (62022085, 62301544, 61831021, 22201289), dan Komisi Sains dan Teknologi Shanghai (22QA1410800).
