研究：明膠泡沫在紫外線照射下顯示出超長有機磷光，或可用來制作光學傳感器

近日，一項由日本理化學研究所（RIKEN）科學家進行的研究表明，當紫外線照射到堅固、輕便且具有生物相容性的泡沫時，它們會發光。這種磷光可以有多種應用，例如在顯微鏡下對生物樣品進行成像。

磷光材料吸收高能光，然后將能量逐漸釋放為更長波長的光。這種余輝可以持續數分鐘甚至數小時—比熒光材料持續的時間還要長得多。

無機化合物被廣泛用作磷光材料，但一些碳基有機材料也可以顯示出持久的發光，稱為超長有機磷光。有機材料可能比無機磷更容易制造，研究人員可以通過改變分子結構來微調其發光的顏色和持續時間，為防偽和光學傳感等可能的應用量身定制。但超長有機磷光材料易碎且含有有毒成分，所以限制了其實際應用。

最近，RIKEN的Yasuhiro Ishida 及其同事發現，明膠是一種肽和蛋白質的混合物（常用作食品和藥物中的膠凝劑），可以轉化為強的超長有機磷光材料。

研究人員將明膠與水混合形成水凝膠，然后將它們冷凍干燥以形成多孔泡沫。在測試了各種明膠濃度和冷凍條件后，研究人員發現將混合物冷卻到 -10 攝氏度會產生最強的泡沫，能夠承受高壓。盡管 80% 是空氣，但一塊方糖大小的泡沫可以承受 40 公斤的重量。電子顯微鏡顯示泡沫具有非常規則的結構，具有相似形狀和大小的孔。

研究小組將紫外線照射到泡沫上后，它們會發出黃綠色光，并持續幾秒鐘。進一步的研究表明，稱為羰基的化學基團簇是泡沫顯示出超長有機磷光的原因。暴露在空氣中后，它們的磷光壽命會縮短，因為濕氣破壞了這些羰基團簇。

該團隊用不同的材料制作了類似的泡沫，包括聚丙烯酸鈉和聚（丙烯酰胺）。雖然不如明膠泡沫強，但這些泡沫都表現出超長的有機磷光活性，發出藍色或深綠色的光。將明膠與稱為 PVA 和 PVP 的聚合物混合，也能使它們發出磷光。

因為明膠泡沫是無毒的，所以科學家現在希望將它們開發為制作光學傳感器的環保材料。

該研究論文題為“Ultralong Organic Phosphorescent Foams with High Mechanical Strength”，已發表在 Journal of the American Chemical Society上。

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論文原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c07674

標簽： 明膠 有機磷光