新型螢光染料實現極端酸性穩定發光,具化學感測與材料分析應用潛力

 

刊登日期:2026/4/23
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北海道大學開發了一項即使在極高酸度環境(超酸)中仍能維持穩定發光的螢光染料「超酸耐性BODIPY (Boron-dipyrromethene)」。此成果預期可應用於極端酸性環境下的感測器等領域。BODIPY是一類在可見光區域具有強烈螢光發光的染料,自1960年代開發以來,廣泛應用於生物分子標記、細胞染色以及分子/離子感測等用途。其特點包括可透過化學修飾自由調整發光波長,以及吸收光與放射光之間能量差較小等優勢。然而,在酸性環境下BODIPY分子中的硼原子容易脫離(去硼化),導致螢光喪失,成為其主要弱點。
 
北海道大學過去已發現若將BODIPY結構中的基本單元「吡咯(Pyrrole)」以三聚體形式構築為環狀分子,則其內嵌的硼原子即使在強酸環境中也不會發生去硼化反應。基於此發現,研究團隊進一步設計並成功將BODIPY骨架整合進環狀結構中,透過以硼原子作為模板,使鏈狀吡咯三聚體進行縮合與環化反應,最終合成出具有超酸耐性的BODIPY分子。
 
合成出的超酸耐性BODIPY在甲磺酸(Methanesulfonic Acid)等強酸中並不發生去硼化,而是由吡咯部位發生質子化。此一質子化效應可抑制原本會阻礙螢光發光的「光誘導電子轉移(Photoinduced Electron Transfer)」過程,使BODIPY本身的螢光得以穩定被觀測。此外,即使在更強的氟磺酸(Fluorosulfonic Acid)中,也未出現去硼化現象,且螢光量子產率最高可達90%,並能持續穩定發光超過一天。
 
除了優異的耐酸性之外,新材料在耐熱性與耐光性方面亦優於既有BODIPY,且確認透過化學修飾可控制其發光波長與溶解度。研究團隊亦成功開發出可在氟化溶媒中檢測全氟辛酸(PFOA)的感測器,並實現對Nafion微珠、磺化凝膠、離子交換樹脂等強酸性材料的螢光染色,展現其廣泛應用潛力。

資料來源: https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2603/26/news050.html
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