最近、中国科学院上海マイクロシステム・情報技術研究所（SIIST）のセンシング技術研究室は、薄膜蛍光センサーの研究で重要な進歩を遂げました。この研究は、優れた薄膜蛍光センサーを調製するための効果的な戦略を提供し、蛍光センシングとガス吸着の相乗プロセスを実験的に検証し、理論的に計算します。
近年、薄膜蛍光センサーはガス検知の分野で、特に爆発物、神経ガス、麻薬などの社会的危険の検知の分野で重要な役割を果たしています。高感度、応答性、選択性のため、微量物質検出の最も有望な技術の1つです。しかし、ほとんどの蛍光感応材料は凝集蛍光消光（ACQ）効果と光退色現象に悩まされており、実用化の要件を満たす蛍光検知材料はまれです。これにより、ガス検知における蛍光感応材料の応用が大きく制限され、ガス検知用の新しい高性能感応材料の開発が急務となっています。 研究者らは、薄膜有機蛍光プローブ材料が直面する固体蛍光量子効率の低さと光安定性の低さという問題を解決するために、有機蛍光ゲストを金属有機構造体（MOF）にピギーバックすることで、ガス分析対象物に対する3S（感度、選択性、安定性）が高い新しいタイプのホストゲスト薄膜蛍光ガスセンサーを開発しました。これにより、さまざまなニーズを満たす薄膜蛍光センサーを柔軟に構築する方法が実現しました。柔軟なアプローチ。
本研究では、ACQ分子Me4BOPHY-1をカプセル化された有機ゲストとして使用し、これを簡単な固相合成法を使用して金属有機構造体ZIF-8に組み込み、その蛍光発光特性を充填率を調整することで調整しました。MOF（ZIF-8）はゲスト分子にさまざまなナノキャビティを提供し、蛍光分子の自己凝集を減らし、Me4BOPHY-1のACQ効果を効果的に克服しました。分子の固体蛍光量子効率（QY）は、ゲスト分子の比率を変えることで0.76％から19.72％に増加しました。さらに、神経ガスサリンの類似体であるジエチルクロロリン酸（DCP）の気相識別を達成しました（図1）。
図 1. ホスト-ゲスト埋め込み構造を使用した有機蛍光小分子プローブの蛍光量子効率とセンシング性能の向上。
MEMSカンチレバービーム吸着研究では、ホストゲスト埋め込みMOFセンサーを測定対象ガスに対して事前に濃縮することで、プローブに優れたガス検知能力が与えられ、応答時間は最大3秒、検出限界は1.13ppbと低いことが示されています。さらに、MOFのケージング効果により分析対象物の選択性が向上し、Me4BOPHY-1＠ZIF-8は妨害ガスHClに対して高い選択性を示します。 -8は妨害ガスHClに対する反応が著しく弱く、これは以前の文献では避けられませんでした。一方、有機金属フレームワーク構造の「ケージング効果」により、センサーの優れた光安定性と熱安定性も確保されます。有機蛍光分子の熱分解温度は200度から527度に上昇し、励起帯域で4800秒間レーザーを照射した後でも初期蛍光強度が維持されました。 要約すると、主体と対象を組み込んだ設計戦略は、ガス分析対象物に対して高い 3S (感度、選択性、安定性) を備えた薄膜蛍光ガスセンサーを提供し、さまざまなニーズを満たす薄膜蛍光センサーを構築する柔軟な方法を提供します。危険なガス検知に有望な用途を持つ薄膜蛍光センサーの高度な設計戦略を提案します (図 2)。
図2. ホスト・ゲスト埋め込み型MOFセンサーは、高い3S（感度、選択性、安定性）合成を実現する
論文の第一著者は当研究所修士課程の沈正奇で、責任著者は研究員の傅燕燕、程江公、若手研究者の屠敏である。また、若手研究員の斉凱、プロジェクトアソシエイトの江秀雲、香港科技大学の範志勇教授の協力も受けた。関連研究は、科学技術部国家重点研究開発計画（2022YFB3203500、2021YFB3200800）、中国国家自然科学基金（62022085、62301544、61831021、22201289）、上海市科学技術委員会（22QA1410800）の支援を受けた。
