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。中国科学技术大学化学与材料科学学院崔华教授课题组与马明明教授及南京大学王伟教授合作，成功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，并提出了新的“辉光”型化学发光机理-慢扩散控制的异相催化作用机理。相关研究成果于10月17日以“Firefly-mimicking intensive and long-lasting chemiluminescence hydrogels”为题，在线发表于《Nature Communications》上（Nat. Commun., 2017, DOI:10.1038/s41467-017-01101-6）。
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大大降低H2O2的扩散速度，从而产生了强而长的化学发光。本项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重要的应用潜力。
图注：化学发光水凝胶的制备及化学发光
中国科大博士研究生刘雅婷、博士后沈雯和博士研究生李琪为共同第一作者。本研究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。