تهیه حسگرهای نوری بر پایه ساختارهای دندریمری فلوئورسانس و فوتوکرومیک

چکیده:

شناسایی آنالیت­ها با چشم غیرمسلح برای طراحی و توسعه حسگرهای شیمیایی نوری همیشه به عنوان یک چالش در این زمینه مطرح است. تشخیص آنالیت­ها با استفاده از حسگرهای بر پایه مولکول‌های آلی هوشمند در محیط آبی با مشکلاتی مانند حلالیت ضعیف در آب و از بین رفتن خواص نوری مواجه است. از این­رو، در این پروژه تهیه حسگرهای شیمیایی بر پایه ساختارهای دندریمری حاوی ترکیبات فلوئورسانس و فوتوکرومیک توسعه یافته است. در مرحله اول، مشتقات فلوئورسانس اکسازولیدین با استفاده از ترکیبات آلدهیدی آروماتیک و آلیفاتیک حاوی گروه­های مختلف الکترون ‌دهنده و الکترون گیرنده، طراحی و سنتز شد. گروه‌های عاملی می‌توانند پاسخ­های مختلفی از جمله تغییر در رنگ و یا شدت نشر فلوئورسانس را در حضور یون‌های فلزی مختلف به مولکول‌های اکسازولیدین القاء کنند. نتایج به ‌دست‌آمده از آزمون­های طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش و فلوئورسانس نشان داد که مولکول‌های اکسازولیدین توانایی تشخیص گزینشی یون‌های فلزی با سازوکار‌های رنگ‌سنجی و فلوئورسانس‌سنجی با شدت و حساسیت بالا را دارند. همچنین از مشتقات اکسازولیدین سنتز شده جهت بررسی پدیده حلال- رنگی شدن و اسید- رنگی شدن در حلال­های با قطبیت متفاوت و همچنین محیط‌هایی با pHs مختلف با استفاده از طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش و فلوئورسانس استفاده شد. علاوه براین، نتایج نشان داد که مشتقات اکسازولیدین پتانسیل قابل توجهی به عنوان حسگرهای شیمیایی یون- رنگی و اسید- رنگی بر پایه کاغذ سلولزی برای تشخیص محلول­های یون فلزی و تغییرات pH را دارند. با توجه به خواص نوری قابل توجهی که برای مشتقات اکسازولیدین برای تشخیص آنالیت­های مختلف به دست آمد، در مرحله دوم پژوهش، از این ترکیبات فلوئورسانس برای تهیه حسگر شیمیایی نهایی استفاده شد. در این مرحله، دسته جدیدی از درشت­ مولکول­های دندریمری پلی(آمیدوآمین) هوشمند با هسته فوتوکرومیک اسپایروپیران طراحی و سنتز شد. سپس با مشتقات اکسازولیدین حاوی گروه­های عاملی نیترو و هیدروکسیل به صورت فیزیکی اصلاح صورت گرفت. بررسی خواص نوری، انتقال الکترون القاء شده با نور (PET) را بین گروه اسپایروپیران و مشتقات اکسازولیدین نشان داد که منجر به خاموش شدن نشر فلوئورسانس اسپایروپیران شد که به فرم مروسیانین (MC) پایدار شده بود. بررسی نمونه­های دندریمری حاوی اکسازولیدین با یون­های فلزی منجر به تغییراتی در سازوکار PET (روشن یا خاموش شدن) شد. به این صورت که با قطع کردن انتقال الکترونی بین گروه مروسیانین و اکسازولیدین باعث روشن شدن نشر فلوئورسانس در این ترکیب در حضور یون­های فلزی شد. همچنین نتایج طیف­سنجی فلوئورسانس روند مشابهی برای حسگر دندریمری در حضور محیط­های اسیدی نشان داد. به این صورت که با افزایش اسیدی شدن محیط، پروتون‌دار شدن به ایزومر MC و تبدیل به فرم MCH بیشتر شد. لذا باعث قطع شدن پدیده PET و روشن شدن فلوئورسانس شد. پاسخ به تغییرات pH باعث شکل­
گیری حسگرهای دندریمری بر پایه کاغذهای هوشمند شد که در تشخیص فساد ماده غذایی شیر کمک کرد. کاغذهای آغشته شده به حسگر دندریمری بر روی درپوش بطری شیر تازه، در روزهای ابتدایی، هیچ گونه نشر فلوئورسانس را نشان نداد اما به مرور زمان و طی فرآیند فساد شیر، رنگ کاغذ قرمز رنگ شد و نشر فلوئورسانس شدیدی را از خود نشان داد که ناشی از جذب بخارات اسیدی حاصل شده از فعالیت باکتری­های شیر طی فرآیند فساد است. در واقع می­توان از این کاغذ به عنوان یک برچسب نشانگر هوشمند برای تشخیص فساد مواد غذایی اسیدی از جمله شیر استفاده کرد.