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近年來(lái)，有機窄帶熒光材料收到研究者們的大量關(guān)注，這些材料在高分辨率成像、高質(zhì)量顯示、防偽加密、多通道傳感等領(lǐng)域具有優(yōu)良的應用前景。然而，本征型有機室溫磷光材料及其相關(guān)器件的開(kāi)發(fā)卻鮮有報道，這是因為缺少有效的窄帶室溫磷光材料的設計策略及理論體系，以及其適合應用的制備手段。因此，開(kāi)發(fā)一種新型設計原則來(lái)實(shí)現具有穩定性好、易于加工的本征窄帶藍色室溫磷光材料，并開(kāi)發(fā)相應的傳感器件是一項艱巨的挑戰。

近日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士和于濤教授團隊成功地設計并合成了一系列新型窄帶發(fā)光分子吲哚并吩噻嗪衍生物，命名為Cphpz、1O-Cphpz和2O-Cphpz。該衍生物是通過(guò)引入碳碳單鍵使得分子逐漸平面化且具有剛性結構后，再將吲哚并吩噻嗪衍生物摻雜到可用于光固化3D打印的高分子基質(zhì)丙烯酸羥乙酯-丙烯酸（HEA-AA）中。2O-Cphpz@HEA-AA體系表現出半峰全寬為36 nm和1.08 s的長(cháng)壽命磷光的現象。（圖1，圖2）此外，為了闡明產(chǎn)生窄帶磷光的內部機制，團隊對化合物進(jìn)行了單晶分析和密度泛函理論計算，并利用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)制備了一系列相關(guān)的精細模型與特別的光基微流控芯片。（圖3，圖4）

相關(guān)研究成果以“Intrinsic Narrowband Blue Phosphorescent Materials and Their Applications in 3D Printed Self-monitoring Microfluidic Chips"為題近期發(fā)表在國際頂級期刊《Advanced Materials》上，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院黃維院士和于濤教授為本文的共同通訊作者。

微流控芯片在許多生物醫學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應用，尤其在藥物篩選、診斷檢測、環(huán)境監測等方面具有特別的優(yōu)勢。微流控芯片通過(guò)精確控制流體在微米或納米尺度上的流動(dòng)，能夠高效地進(jìn)行液體處理、反應和分析。其主要優(yōu)點(diǎn)包括高通量、高靈敏度和小型化等，使其成為分析實(shí)驗中的重要工具。鑒于2O-Cphpz@HEA-AA體系的窄帶藍色室溫磷光的優(yōu)勢，團隊重點(diǎn)探索了其在微流控芯片中基于濕度的用于路徑自監測的潛在應用，如圖4所示?；诖?，研究團隊通過(guò)摩方精密nanoArch®P150（精度：25 μm）3D打印設備，打印了一套精度為200 μm的光基微流控芯片。

與大多數報道的濕度響應熒光材料相比，研究團隊所開(kāi)發(fā)的濕敏性室溫磷光材料的優(yōu)勢是發(fā)光壽命長(cháng)且能有效防止熒光背景的干擾，可進(jìn)行準確清晰的監測。尤其是特別藍色窄帶室溫磷光的信號，它具有更好的頻譜選擇性、更高的分辨率和更長(cháng)的發(fā)射壽命，可以進(jìn)一步降低背景干擾。如圖4所示，整個(gè)微流控芯片在注入液滴之前，在紫外光激發(fā)下能表現出明亮的藍色磷光。然而，當液滴從不同的注入口注入時(shí)，液滴流經(jīng)的路徑上，藍色磷光會(huì )被水分子猝滅而明顯消失。與此同時(shí)，針對不同流量（20 µL與30 µL）導致的路徑終點(diǎn)差異，該微流控芯片也能基于磷光信號實(shí)現精確監測。

這項工作為設計窄帶室溫磷光材料提供了一種簡(jiǎn)單有效的策略，且為此種材料開(kāi)辟了新的平臺，促進(jìn)其在高分辨率3D打印傳感、多層信息加密等領(lǐng)域的應用。

本研究得到國家自然科學(xué)基金、陜西省杰出青年科學(xué)基金和中央高校研究基金的支持。