中国科大等在仿萤火虫高强度长时间化学发光研究中取得进展

目前，大多数化学发光反应都是“闪光”型光发射，发光在短时间内完成，限制了其在冷光源、分析化学和生物成像等方面的应用。高强度和长时间的“辉光”型化学发光一直是化学发光领域追求的目标。近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院教授崔华课题组、教授马明明，以及南京大学教授王伟合作，制备了一种具有高强度和长时间化学发光的水凝胶，其发光在黑暗中肉眼可见，且持续时间长达150小时以上，提出了新的“辉光”型化学发光机理-慢扩散控制的异相催化作用机理。相关研究成果以Firefly-mimicking intensive and long-lasting chemiluminescence hydrogels为题，在线发表在Nature Communications上。

研究团队采用天然的壳聚糖、化学发光试剂N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）和催化剂Co2+，制备了水凝胶。研究发现，99.8% Co2+被固定在水凝胶骨架上，而89.5% ABEI分散在水凝胶孔洞中。当加入氧化剂H2O2，其缓慢扩散进入水凝胶，被位于活性中心的催化剂Co2+分解产生活性自由基，接着与化学发光试剂反应产生化学发光。由于Co2+的螯合和异相化作用增强了其催化活性和稳定性，且具有微米/纳米孔洞和高粘度的水凝胶降低H2O2的扩散速度，从而产生了强而长的化学发光。

该工作在化学发光动力学和催化特性方面模拟了萤火虫生物发光，其发光时间明显优于现有的长时间化学发光体系，如酶参与的化学发光体系和过氧化草酸酯化学发光体系，且该水凝胶合成简单、环境友好、生物兼容性好，在冷光源、生物传感器、微芯片和生物成像等方面具有应用潜力。

研究工作得到了科技部国家重点研发计划和国家自然基金委的支持。

化学发光水凝胶的制备及化学发光