近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長(cháng)龍研究員團隊在實(shí)時(shí)同步可視化檢測多組分重金屬離子方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal 上。

重金屬是環(huán)境中常見(jiàn)的污染物之一，具有長(cháng)期存在、隱蔽、不易分解、水體毒性高等特點(diǎn)。不同來(lái)源的重金屬通過(guò)不同的方式進(jìn)入河流，最終流入湖泊和大海，這將會(huì )對流域的生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構成重大威脅。例如，Cu²⁺在較高濃度下會(huì )損害人體健康，導致DNA發(fā)生不可逆的變化；Pb²⁺毒性極大，會(huì )影響兒童智力和骨骼的發(fā)育；Hg²⁺會(huì )影響線(xiàn)粒體的正常運作并引起氧化應激，損害人體神經(jīng)系統、消化系統等；Cr³⁺會(huì )導致胃腸道損害、循環(huán)系統疾病和腎衰竭。雖然環(huán)境中存在多種不同類(lèi)型的重金屬離子，但目前對重金屬離子的檢測通常是點(diǎn)對點(diǎn)的方式，過(guò)程既耗時(shí)又費力，且無(wú)法同時(shí)實(shí)現多組分重金屬離子檢測。

鑒于此，研究人員對亞克力板進(jìn)行數控加工，利用毛細管驅動(dòng)力和疏水內壁，設計了微流控傳感器陣列。有機熒光探針具有成本低、靈敏度高、選擇性好、發(fā)光性能易于調節、易于闡明反應機理等優(yōu)點(diǎn)，可以直接與重金屬離子反應生成配合物。研究人員基于微流控傳感器陣列和熒光探針，研制了由4個(gè)熒光探針組成的熒光微流控傳感器陣列。熒光微流控傳感器陣列采用對Hg²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺和Cu²⁺有特異響應的熒光納米材料作為熒光納米探針的信號響應組分，通過(guò)將一系列熒光探針與微流控傳感器陣列相結合，實(shí)現了對Hg²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺和Cu²⁺的同步實(shí)時(shí)視覺(jué)檢測?；诖?，進(jìn)一步將微流控熒光傳感器陣列與智能手機的顏色識別器相結合，實(shí)現了對環(huán)境水體中多組分重金屬離子的可視化定量檢測。

上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金和安徽省重點(diǎn)研究與開(kāi)發(fā)計劃的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152636

圖1. 微流控熒光傳感器陣列檢測重金屬離子的示意圖。

圖2. (A) 熒光微流控傳感器陣列；(B) 熒光微流控傳感器陣列的結構和疏水內壁；(C)-(F) 納米有機分子熒光探針單傳感器陣列；(G)-(J) 納米有機分子熒光探針雙傳感器陣列；(K)-(M) 納米有機分子熒光探針三傳感器陣列；(N) 納米有機分子熒光探針四傳感器陣列。