表面活性劑作為當(dāng)今應(yīng)用最廣的增溶劑之一，被廣泛用于環(huán)境修復(fù)、清潔去污、原油開(kāi)采、催化、分析檢測(cè)、藥物輸送和乳化聚合等領(lǐng)域。被增溶物質(zhì)在表面活性劑膠束中所處的增溶位置對(duì)實(shí)現(xiàn)以上各種增溶應(yīng)用至關(guān)重要。目前，主要是基于建立“極性探針信號(hào)-膠束微環(huán)境極性區(qū)域”關(guān)系來(lái)測(cè)定被增溶物質(zhì)在膠束中的增溶位置。由于極性探針響應(yīng)性能的差異和膠束微環(huán)境極性的不確定性，會(huì)使該方法的測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)矛盾。同時(shí)，對(duì)于極性相近的探針，目前的測(cè)定方法難以對(duì)其增溶位置進(jìn)行精細(xì)的比較。
為解決這一測(cè)定難題，北京化工大學(xué)呂超教授研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)和熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)(FRET)，設(shè)計(jì)了一種不涉及探針極性和膠束微環(huán)境的全新高精度測(cè)定方法。相關(guān)成果以“Measurement of Solubilization Location in the Micelles Using Anchored Aggregation-Induced Emission Donors”為題，發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（Angew. Chem. Int. Ed.?2020, https://doi.org/10.1002/anie.202005085）。
以AIE為核的膠束結(jié)構(gòu)
首先將AIE發(fā)光團(tuán)四苯乙烯(TPE)共價(jià)修飾到陽(yáng)離子表面活性劑十烷基三乙基溴化銨(C10TEAB)的尾端，合成表面活性劑TPE-C10TEAB。透射電子顯微鏡、動(dòng)態(tài)光散射和理論計(jì)算的結(jié)果表明，TPE-C10TEAB能夠在水中形成直徑約為5 nm的球型膠束，TPE發(fā)光團(tuán)被錨定在膠束中心 (圖1)。
利用FRET距離公式測(cè)定增溶位置
不同于聚集熒光淬滅(ACQ)發(fā)光團(tuán)，TPE在膠束核心聚集會(huì)增加其熒光量子產(chǎn)率，發(fā)出強(qiáng)烈的青色熒光。利用高效發(fā)光的聚集態(tài)TPE作為FRET供體、被增溶物質(zhì)作為FRET受體，通過(guò)已知的FRET距離公式可以精準(zhǔn)地計(jì)算出FRET供體-受體間納米級(jí)的距離，從而在納米尺度上測(cè)定出被增溶物質(zhì)的增溶位置 (圖2)。即使被增溶物質(zhì)的性質(zhì)相近，也可對(duì)其在膠束中的增溶位置進(jìn)行精細(xì)的比較。整個(gè)測(cè)定過(guò)程不受探針極性和膠束微環(huán)境的干擾。此外，通過(guò)比較被增溶物質(zhì)性質(zhì)和增溶位置可知，被增溶物質(zhì)在膠束內(nèi)部的增溶位置取決于其尺寸大??；而位于膠束表面的尺寸較大的被增溶物質(zhì)，其增溶位置則取決于其疏水性。
多色、白色發(fā)光溶液和凝膠
通過(guò)調(diào)控被增溶物質(zhì)的FRET行為，可以輕松構(gòu)建多色和純白色的發(fā)光溶液。利用瓊脂糖凝膠促使膠束納米粒子快速固定，能夠保持膠束溶液態(tài)的發(fā)光特性，制備出多色和純白色的發(fā)光凝膠 (圖3)。
綜上所述，基于該研究建立的“被增溶物質(zhì)性質(zhì)-增溶位置-膠束微環(huán)境”關(guān)系，不僅能夠幫助更好地理解被增溶物質(zhì)性質(zhì)與增溶位置之間的關(guān)系，為增溶應(yīng)用提供強(qiáng)有力的理論指導(dǎo)；也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)膠束潛在應(yīng)用和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單高效的增溶劑提供了新的研究方向。
本文第一作者是化學(xué)學(xué)院管偉江副教授，第二作者是碩士研究生楊婷婷（導(dǎo)師是管偉江副教授），通訊作者是呂超教授，北京化工大學(xué)為唯一完成單位。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。
