01.01.2026
波蘭化學家研發出一類新的水溶性分子，當溶液中存在特定金屬離子時，其螢光訊號會被猝熄。華沙理工大學研究團隊表示，這項發現有望加快河流與湖泊等水體中污染物的偵測速度。
華沙理工大學化學家 Artur Kasprzak 表示：「這是一個將基礎研究轉化為新技術的典型例子。」
這項研究由該校化學學院有機化學系團隊完成，研究重點為一種名為「薩曼烯」（sumanene）的芳香族化合物。薩曼烯約於 20 年前首次被合成，其名稱源自印地語中「向日葵」一詞，因分子結構略呈彎曲形狀而得名。過去，學界主要著重於研究該分子的結構特性與物理化學性質。
Kasprzak 博士同時也是華沙理工大學教授，他指出，自己不僅將薩曼烯視為基礎研究對象，也將其視為具有實際應用潛力的分子工具，例如用於水相系統中其他元素的偵測。
研究的一大挑戰，是讓該化合物具備水溶性。原始的薩曼烯分子僅由碳與氫原子組成，具有高度疏水性，因此幾乎無法溶於水中。
Kasprzak 表示：「這是一個相當具挑戰性的目標，但也因此具有高度吸引力與應用潛力。我們透過在分子中引入適當的官能基進行化學修飾，使其具備親水性。」
他指出，透過這樣的設計，研究團隊成功合成出具有良好溶解度的薩曼烯衍生物。「從化學文獻的角度來看，這本身就是一項重要成果。」他補充說，這些修飾後的分子同時展現出高度螢光特性。
接著，研究人員進一步測試這些新化合物是否能作為「分子受體」，在溶液中選擇性辨識其他分子或離子。
Kasprzak 指出：「水是生命之源，但其組成與純度必須受到嚴格監測，才能符合不同用途的需求。」
實驗室測試顯示，經修飾的薩曼烯分子能夠選擇性偵測元素週期表第 13 族的金屬離子，包括鋁、鎵與銦。當這些離子存在時，分子的螢光強度會顯著下降，形成明確的污染訊號；相較之下，對其他離子的反應則明顯較弱，顯示此方法具有良好的選擇性。
Kasprzak 表示：「這可以類比於生物分子的辨識機制。例如 DNA 雙股螺旋是由特定分子間的相互作用形成，抗原也會與病毒產生特異性結合。在分子化學中，我們同樣可以設計出能與特定分子高度專一作用的分子。」
他指出，第 13 族金屬陽離子常見於各類地表水污染中，因此這項方法具有實際應用潛力。
「我們採用的是光學量測方法，也就是分光螢光分析。當分子受到紫外光激發時會發出螢光；一旦與污染物——也就是金屬陽離子——結合，其螢光強度會下降數百倍。這是一種高度靈敏的偵測方法，即使在極低濃度下也能偵測到離子。」他說。
研究團隊也將這些分子受體應用於真實環境樣本測試，分析來自河流、湖泊及其他水體的水樣。結果顯示，這些分子在環境檢測上具有應用潛力，但其效果可能受到水體成分影響，特別是天然有機物質的存在，可能會限制金屬離子接近受體分子。
Kasprzak 表示，這項研究代表薩曼烯邁向實際應用的重要一步。
「過去，這個分子主要用於基礎研究；而我們的研究顯示，只要進行適當修飾，它也能在實務應用上發揮作用。」他說。
他進一步指出，金屬污染物偵測只是其中一種可能用途。透過在薩曼烯結構中引入不同的化學基團，可以改變分子的形狀與對特定離子的選擇性。
Kasprzak 表示：「我相信，這個分子的性質與應用潛力仍有很大的發展空間。我們的研究成果顯示，未來仍有許多值得探索的方向，並可能為社會帶來實質助益。」
該研究成果已發表於期刊《ACS Organic & Inorganic Au》。憑藉此研究，Kasprzak 也獲頒美國化學學會「2025 年有機與無機化學新星」（2025 Rising Star in Organic & Inorganic Chemistry）獎項，以表彰其在化學科學領域的傑出貢獻。
PAP－波蘭科學
Katarzyna Czechowicz
