2を使用した水銀イオンの分離

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11287 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

2-チエニルベンズイミダゾール (TBI)/ククルビット[7]ウリル (CB7) ホスト - ゲスト複合体は、汚染水サンプル中の有毒な水銀イオンの分離における潜在的な応用のために、γ-Fe3O4 磁性ナノ粒子の代謝回転を大幅に改善するモチーフとして使用されました。 元の固体材料を復元するメカニズムは、CB7 ホストの pH 制御された優先的結合を TBI ゲストに適用することに基づいています。 この概念の分析的応用は文献では実現されていません。 pH 制御された刺激応答能力は、中性 TBI/CB7 複合体と比較した場合、プロトン化 TBIH+/CB7 複合体の 3 桁高い安定性定数 (例、K = 4.8 × 108 M−1) によって水溶液中で確認されました。 (例、K = 2.4 × 105 M−1)、基底状態では pKa 値が約 3.3 単位増加することでも明らかです。 酸化鉄ナノ粒子 (NP) 上の超分子相互作用と吸着も固体状態で分光学的に確認されました。 TBI/CB7NP の励起状態寿命値は、pH 値を低下させると (たとえば、0.6 から 1.3 ns に) 増加し、同時に極性効果により約 25 nm のブルーシフトが発生しました。 CB7 の存在下での最終固体の時間分解フォトルミネッセンス挙動により、有毒な水銀イオンを捕捉するための pH 駆動型の再利用可能なシステムが確保されました。 この研究は、外部磁石を使用し、磁性表面上のゲスト分子へのホストの優先的結合を介してpHに応答して、水銀イオンを制御可能な分離するためのユニークなアプローチを提供します。

最近、刺激応答性および切り替え可能な機能を備えたナノ構造材料の最も重要な開発は、超分子ホスト - ゲスト化学を使用して達成されました 1,2,3。 合成の危険性を回避するために、研究者らは従来の有機共有結合よりも非共有結合相互作用に焦点を当てています4、5、6、7、8、9、10。 非共有結合性相互作用（双極子間相互作用、ファンデルワールス相互作用、水素結合など）は、ホスト-ゲスト超分子アプローチにおいて主導的な役割を果たし、小さな有機分子（ゲスト）は大環状ホストを含​​むナノキャビティ内に保持されます4,5。 、6、7、8、9、10。 非共有結合相互作用の特異性に着想を得て、私たちは水質モニタリング用のホスト - ゲストベースの先進的な材料の開発を研究してきました11、12、13。

小さな蛍光分子と相互作用するククルビットウリル（CBn、n = 6、7、8、10、図 1）の応用は、ククルビットウリルがベンズイミダゾールなどの埋め込まれたゲストの pKas（プロトン化状態）を調節する文献で実現されています 14。 その結果、CBn によって誘導される pKa シフトは、ゲスト分子の隔離と放出に対する pH による制御を確立することが示されています 14、15。pH 刺激に応答したゲストの保持と放出は、刺激応答性ナノ構造材料の構築にも利用されています 16。

pH 制御された TBI/CB7 負荷 NP の概略図。 蛍光プローブ TBI およびククルビットウリル大環状分子 CB7 の化学構造も示されています。 3 位の窒素のプロトン化/脱プロトン化に応じて、配位リガンドには TBI と TBIH+ の 2 つの形態が存在します。

別の観点から見ると、CB7 によってカプセル化された色素は、薬物送達 18、磁気共鳴イメージング 20、および太陽電池材料の製造 19 のために金属ナノ粒子 17、18、19、20、21 の表面に吸着されています。 酸化鉄磁性ナノ粒子 (γ-Fe3O4) は、特に化学検出とセンシングに利用されています 22。 これは、水溶性シクロデキストリンと溶媒をスイッチングのトリガーとして使用する水銀センシングに使用されました11。

この研究では、ベンズイミダゾールベースの蛍光色素 (2-チエニルベンズイミダゾール) TBI をカプセル化するナノコンテナ CB7 でコーティングされた pH 応答性酸化鉄ナノ粒子 (NP) 表面を実証しました (図 123)。 したがって、現在の超分子ベースのナノ材料アプローチは、 (溶媒を使用する場合とは対照的に) pH トリガーに反応することで、これらの固体材料を繰り返し使用できる可能性がはるかに高くなります11。