Polydiacetylene-Based Chemosensors for Hydrogen Chloride Gas and Low Temperature

Abstract

Polydiacetylenes (PDAs) based colorimetric chemosensors for hydrogen chloride gas and for low temperature were devised. In chapter I, the colorimetric sensor for hydrogen chloride gas based on polydiacetylenes, PDA-IM bearing imidazole was developed. The imidazole head of PDA-Im react with HCl gas and is protonated to make positive charge, resulting blue to red color transition by charge-charge repulsion. This phase transition is monitored by naked eye and UV-Vis spectroscopy. By spin-coated on glass, it can detect HCl gas conveniently. In chapter II, the novel colorimetric polydiacetylene-based sensor for low temperature was devised. The Bis-PDA-Pentanediol exhibits red color at room temperature and when immersed into liquid nitrogen, its color is changed to blue. Bis-PDA-Pentanediol-embedded PDMS film has thermochromic color transition in a range from 96 K to 375 K. Using Bis-PDA-Penatanediol, UV-Vis absorption and Raman spectroscopic experiments were carried out.;폴리디아세틸렌(Polydiacetylenes, PDAs) 센서는 공액 고분자 중 하나로, 스마트 분자로서 각광 받고 있다. PDAs는 자기 조립된 디아세틸렌(diacetylene, DA) 초분자에 UV광이나 감마선, 플라즈마를 조사하여 중합할 수 있는 공액고분자이다. 이 과정에서 촉매나 개시제가 필요하지 않아, 높은 순도의 고분자를 얻을 수 있다. 이렇게 중합된 PDAs는 수용액에서 막 소포체나 필름 형태를 보여, 바이오센서로의 응용 가능성을 가진다. 또한, 외부 자극에 의해 최대 흡수 파장 650 nm의 청색에서 최대 흡수 파장 550 nm의 적색으로 확연한 색 변화를 보이며, 이는 맨 눈이나 흡광 광도계로 쉽게 관찰할 수 있다. 이러한 색 변화와 함께 “Off-On” 형태로 형광이 증가를 보인다. 이러한 PDAs의 우수한 특성을 이용하여, 온도, 각종 기체, 수분, 탄화수소, 금속 이온, 음이온, 효소, 계면 활성제, 박테리아 등을 검출하는 센서들이 발표되었다. 1 장에서는 염화 수소 가스를 색 변화로 검출 할 수 있는 폴리디아세틸렌 고분자를 개발하였다. 이 PDA 고분자는 이미다졸 인식자리를 가져 염화 수소 가스에 의해 양자화된다. 이렇게 형성된 양전하는 PDA 고분자 주쇄의 유효 공액 길이를 변화시킴으로써 색 전이를 유발한다. 이 센서 유리 기판에 스핀 코팅되어 높은 이동성을 가지며, 염화 수소 가스를 육안으로 검출 가능하다는 장점을 가진다. 또한 염화 수소 가스에 높은 선택성을 보인다. 2 장에서는 폴리디아세틸렌 기반의 저온 감온 센서를 개발하였다. 이 폴리디아세틸렌 고분자를 이용하여 유리 기판에 스핀 코팅하거나, PDMS 고분자와 섞어 필름을 제작하였다. 이 센서는 최초로 저온에서 색 변화를 보인다. 또한, 기존에 보고된 다른 폴리디아세틸렌 센서보다 넓은 범위인 96 K에서 375 K에서 색 전이를 가진다. 이러한 감온 반응은 육안뿐만이 아니라 흡광 광도계와 라만 광도계를 이용하여 확인할 수 있었다.