تهیه حسگرهای شیمیایی فلوئورسانس بر پایه پلیمرهای هوشمند حاوی کومارین

چکیده:

کوپلیمرهای قطعه‌ای پاسخگو به محرک شامل کومارین با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم و پلیمریزاسیون افزایشی-جدایشی انتقال زنجیر (RAFT) تهیه شدند، که در اثر تغییر pH و حضور یون نشر فلوئورسانس آنها تحت تاثیر قرار گرفت. پلی(7-آکریلویل‌اکسی 4-متیل‌کومارین-رندوم-متیل‌متاکریلات)-بلاک-پلی(دی‌متیل‌آمینواتیل متاکریلات) ((P(CMA-r-MMA)-b-PDMAEMA) با طول قطعه‌های مختلف تهیه شدند. خودآرایی کوپلیمرهای قطعه‌ای در محلول آبی منجر به ایجاد ساختار مایسلی و یا وزیکلی شد که قطعه‌ PDMAEMA تشکیل‌دهنده بخش آبدوست است. کسر آبدوست محاسبه شده از طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته، میکروسکوپ الکترون عبوری و میکروسکوپ نوری فلوئورسانس تشکیل مورفولوژی مایسلی و وزیکلی را تأیید کردند. اندازه ذرات مایسلی و وزیکلی در شرایط مختلف با استفاده از تفرق نور دینامیکی مورد بررسی قرار گرفت. طیف‌سنجی ماورای بنفش-مرئی، حضور کومارین در ساختار مایسل‌ها و وزیکل‌ها، و واکنش اتصال عرضی آن را تحت تابش نور نشان داد. محلول کلوئیدی ذرات خودآرایی کرده به عنوان حسگر pH، گاز کربن دی‌اکسید (CO₂) و یون مس (II) با استفاده از طیف‌سنجی فلوئورسانس مورد استفاده قرارگرفتند. در مورد پاسخگویی به pH می‌توان گفت که با افزایش pH محیط از 2 به 12، قطعه‌ پروتونه شده‌ PDMAEMA، پروتون‌زدایی شده و منقبض می‌شود. در نتیجه، حالت تجمع‌یافتگی گونه‌های کومارین در هسته‌ مایسل و شدت فلوئورسانس آن تغییر می‌کند. در واقع می‌توان گفت که در این حالت حسگر شیمیایی فلوئورسانس از سازوکار تشدید نشر فلوئورسانس ناشی از تجمع پیروی می‌کند. کوپلیمر شامل متیل متاکریلات، که به عنوان فاصله‌گذار بین مولکول‌های کومارین به کار رفت، بالاترین میزان اتصال عرضی را نشان داد که از لحاظ حسگر بودن هم بازده بالایی داشت. از طرف دیگر، در سازوکار شناسایی گاز CO₂، در اثر تزریق گاز به محلول کلوئیدی، pH محیط از 12 به 6 کاهش می‌یابد و قطعه‌ PDMAEMA پروتونه می‌شود که این امر موجب انبساط ساختار وزیکل‌ها می‌شود. در این حالت، ضخامت دیواره وزیکل‌ها کاهش یافته اما شعاع هیدرودینامیکی آن‌ها افزایش می‌یابد. بنابراین فاصله گونه‌های کومارین افزایش یافته و موجب کاهش حالت تجمع و در نتیجه شدت فلوئورسانس با سازوکار فرونشانی نشر فلوئورسانس می‌شود. که این فرایند با تزریق گاز نیتروژن برگشت‌پذیر است. حسگری که از کوپلیمری با بالاترین میزان DMAEMA و CMA ساخته‌شده‌بود بالاترین سنجش نسبت به گاز CO₂ در دمای اتاق را نشان داد.‌ از طرف دیگر، محلول کلوئیدی مایسل‌های تهیه‌شده از کوپلیمرهای حاصل از پلیمریزاسیون RAFT، برای تشخیص کاتیون‌های پتاسیم، کلسیم و مس (II) به کار رفت. همه نمونه‌ها حساسیت بالایی نسبت به کاتیون مس (II) نشان دادند. در واقع، شدت فلوئورسانس محلول مایسلی در حضور کاتیون‌ مس (II) به طور مؤثر فرونشانده شد. سرانجام، بررسی بازده تشخیص محلول مایسلی نشان داد کوپلیمری که بالاترین نسبت DMAEMA/CMA را در ساختار زنجیر خود دارد بالاترین حد تشخیصppm  200/0 را نسبت به یون مس (II) دارد.