東京理科大學發表開發了一項可因應質子濃度變化,呈現各種發光色之透明高分子發光材料。研究團隊利用可在不同pH領域發光的2種發光性稀土類錯合物,置入於質子交換薄膜「納菲薄膜(Nafion)」,透過施加電壓,讓薄膜內部的質子濃度(=pH)產生局部變化,進而成功地促使發光色形成可逆的變化。
在此研究中,稀土類採用了含有綠色發光的鋱離子(Tb3+)、紅色發光的銪離子(Eu3+)等2種稀土類離子的錯合物,並將納菲薄膜浸漬於溶解了稀土類錯合物的乙醇溶液中,進而製作出含有2種稀土類錯合物的納菲薄膜。
研究團隊將試作的納菲薄膜再分別浸漬於pH2~12共11種類的緩衝液中,並利用發射光譜機器,在波長365nm的紫外光照射下進行發光的測定與目視,確認pH2~5時發出綠光,pH6~8發出黃光,pH9~12則是發出紅光。
此發光的變化是來自於具有特徵性的pH應答性(pH-responsive),稀土類錯合物內的TbⅢ錯合物與EuⅢ錯合物在不同低pH與高pH,從存在於各稀土類離子周邊的PBA-離子接收了激發能。
此外,在pH3的初期條件下,對綠色發光的納菲薄膜施加電壓,發現陽極附近開始轉變成紅色,此變化也逐漸擴大至陰極端,最後全部轉換成紅色,而此即為透過施加電壓,納菲薄膜中的質子往陰極方向傳輸而產生的現象。於此同時,也藉此開發出可依納菲薄膜中局部的質子濃度變化,發光色也隨之變化的透明高分子膜。
此次開發的多顏色透明高分子發光材料,可望做成尺寸、形狀自由度高且省能源之材料,應用於照明、顯示器、保全等各領域。此外,由於利用了質子傳導產生的發光變化機制,亦可望適用於生物樣本中不同pH領域的可視化染色法,或是細胞等級之生物體pH變化檢測感測器等用途。