對如何將自然分子轉化為有用工具的好奇心。這促使科學家們開發出新的“智能”材料 金雞納 生物鹼 – 一組曾經在治療瘧疾和心髒病方面具有重要價值的植物化合物。這些微小材料的行為就像化學計算機。它們會發光或改變顏色以揭示某些物質的存在。
這項研究是由馬耳他大學的 Nicola’ Agius 和 David Magri 教授以及拉夫堡大學的 Catherine Ashton 和 Helen Willcock 博士進行的。他們的作品發表在期刊上。 RSC高級它展示瞭如何將受大自然啟發的分子重新設計成智能材料，以檢測對人類健康至關重要的礦物質。
馬格里教授表示，該團隊“展示了一種基於生物發光天然產物的聚合物作為可持續來源的智能材料”，並強調他們的目標是創造一種高效且對環境負責的傳感技術。
Magri教授的團隊結合了 金雞納 這些生物鹼——奎尼丁、奎寧、辛可寧和辛可尼定——與水相容的化學丙烯酰胺結合在一起，產生了四種新的聚合物。每種聚合物都小得難以想像。比人的頭髮細數千倍。但在紫外線照射下，它仍然發出亮藍色的光。這是一種不可見的輻射，使熒光對人類可見。這種光芒表明生物鹼的天然火花仍然完好無損。雖然編織成長聚合物鏈，但它是通過將許多小分子按順序連接在一起而形成的結構。
在實驗室測試期間，聚合物的行為就像微小的邏輯電路。它們在酸性條件下會發光。但當添加氯化物、溴化物或碘化物等鹽時，顏色會變深。當酸和碘化物在水中混合在一起時，材料將從無色變為黃色。這有效地執行了“AND”運算。這是從計算中藉用的邏輯術語，意味著必須滿足兩個條件才能產生結果。這種可見的變化使得檢測碘化物就像觀察液體的顏色變化一樣容易。
馬格里教授解釋說，碘化物是人類健康必需的礦物質。這有助於預防甲狀腺相關疾病，例如甲狀腺腫。他說：“政府衛生機構可能會發現這項技術有助於確保食品和飲料製造商遵守飲用水和食品中碘化物含量的嚴格準則。”
研究小組發現顏色的變化來自一種微妙的電吸引力，稱為π-陰離子相互作用。簡而言之，它是帶負電的碘離子和聚合物內帶正電的區域之間的微弱但重要的拉力。這種溫和的拉力改變了電子在大分子內移動的方式。使其對光的吸收和反射不同。我們的眼睛看到的是黃色的
有趣的是 金雞納– 基於聚合物的反應比簡單的單分子對應物更好。即使是少量的碘化物，它們也能檢測到，而且檢測速度非常快。發生這種情況是因為聚合物的帶電環境增強了這些微妙的電效應。這使得化學反應更加廣泛且更容易觀察。
同樣重要的是，研究人員證實奎尼丁和奎寧聚合物的亮度在強度上大致相同。具有原始天然分子的亮度換句話說，將它們變成聚合物不會使它們的光變暗。奎寧獨特的藍色熒光長期以來一直被用作光化學測量光發射的參考。儘管如此，這些新材料仍然像自然界一樣明亮。
除了實驗室之外，這項工作還指向了一個更廣泛的想法：化學可以用來模仿計算機的決策邏輯。這個概念稱為分子邏輯。使用光線或顏色的變化來表示結果。就像任何數字電子設備都使用值和零一樣。通過將簡單的化學輸入（例如酸度或鹽濃度）轉換為可見的顏色輸出。這些智能材料可以構成未來醫學測試傳感器的基礎。環境檢測甚至分子計算機系統
展望未來，馬格里和他的團隊希望更深入地了解這些分子相互作用如何創造如此引人注目的視覺效果。他們還計劃採用相同的方法來檢測其他對生物或環境重要的離子。研究人員解釋說：“目前正在進行研究，以更好地了解這些大分子之間的相互作用。”它是指分子在不直接形成化學鍵的情況下組織和通訊的方式。他們正在進行的工作反映了化學運動不斷發展，轉向智能和可持續材料，這些材料既向自然學習，又滿足現代需求。
期刊參考文獻
阿吉烏斯，尼古拉；阿什頓，凱瑟琳·J.；威爾科克，海倫；和 Magri，David C.“金雞納生物鹼共聚物作為 IHIBIT 熒光、比色和邏輯門用於碘化物檢測。” RSC Advance，2025 DOI： https://doi.org/10.1039/d5ra01281c
關於作者
尼古拉斯·阿吉烏斯 他通過與 David C. Magri 教授一起研究使用熒光天然產物的聚合物邏輯門，獲得了化學學士和碩士學位。她曾在特瑞堡密封解決方案和智能材料有限公司（一家增強泡沫初創公司）任職，擁有行業經驗。她作為實習生加入卡爾維諾集團，研究響應聚合物網絡作為可逆、雙驅動智能材料。她的學術成就包括院長傑出碩士獎、Medichem 有機化學獎和 Torrent 分析化學獎。尼古拉即將開始她的博士學位。馬耳他大學超材料開髮變形聚合物
凱蒂·阿什頓博士 是蘭卡斯特大學蘭卡斯特環境中心的高級生物化學研究技術員。她在蘭卡斯特大學完成了化學碩士學位。以及拉夫堡大學化學與材料工程博士學位。她的博士學位專注於分子 MRI 和光學成像劑的開發。轉專業後，Caty 現在從事生物化學工作。通過分析光合作用機制中關鍵的蛋白質和酶。有助於提高豇豆和大豆作物的產量和抵抗天氣條件的能力。
海倫·威爾科克 是拉夫堡大學材料科學高級講師，領導一個多元化、多學科的小組，專注於通過定制結構和功能來控制聚合物性能。海倫的研究重點是聚合物顆粒和納米複合材料的開發。特別適用於檢測和成像。她擁有豐富的行業工作經驗。她是 2018 年榮獲 RSC 產學合作獎的團隊成員之一。她是英國 Macro Group 英國皇家化學學會 (RSC) 和化學工業學會 (SCI) 純粹與應用高分子化學小組的主席。
大衛·馬格里 他是馬耳他大學的教授。他領導的研究團隊開發使用智能邏輯的分子和材料。他在加拿大安大略省倫敦西部大學獲得了榮譽學士學位（四年）和博士學位，並曾在北愛爾蘭貝爾法斯特女王大學跟隨 A.P. de Silva 教授擔任博士後研究員。在加拿大愛德華王子島大學、安大略理工大學和阿卡迪亞大學任教四年後，他前往位於地中海的馬耳他島共和國。 他兩次獲得馬耳他科學創新獎。日期 8泰國 分子傳感器和分子邏輯門國際會議，中國上海，2025 年 10 月。他獲得了 Czarnik 新興研究者獎。
