近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部蔣長龍研究員團(tuán)隊(duì)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)研究成果以“Design of microfluidic fluorescent sensor arrays for real-time and synchronously visualized detection of multi-component heavy metal ions”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 2024, 493, 152636)上。

重金屬是環(huán)境中常見的污染物之一，具有長期存在、隱蔽、不易分解、水體毒性高等特點(diǎn)。不同來源的重金屬通過不同的方式進(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)境和人類健康構(gòu)成重大威脅。例如，Cu2+在較高濃度下會(huì)損害人體健康，導(dǎo)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)影響線粒體的正常運(yùn)作并引起氧化應(yīng)激，損害人體神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等；Cr3+會(huì)導(dǎo)致胃腸道損害、循環(huán)系統(tǒng)疾病和腎衰竭。雖然環(huán)境中存在多種不同類型的重金屬離子，但目前對重金屬離子的檢測通常是點(diǎn)對點(diǎn)的方式，過程既耗時(shí)又費(fèi)力，且無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)多組分重金屬離子檢測。

鑒于此，固體所研究人員對亞克力板進(jìn)行數(shù)控加工，利用毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)力和疏水內(nèi)壁，設(shè)計(jì)了微流控傳感器陣列。有機(jī)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(diào)節(jié)、易于闡明反應(yīng)機(jī)理等優(yōu)點(diǎn)，可以直接與重金屬離子反應(yīng)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(yīng)的熒光納米材料作為熒光納米探針的信號(hào)響應(yīng)組分，通過將一系列熒光探針與微流控傳感器陣列相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對Hg2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的同步實(shí)時(shí)視覺檢測。基于此，進(jìn)一步將微流控?zé)晒鈧鞲衅麝嚵信c智能手機(jī)的顏色識(shí)別器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)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(jì)劃、安徽省自然科學(xué)基金和安徽省重點(diǎn)研究與開發(fā)計(jì)劃的支持。

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

圖1. 微流控?zé)晒鈧鞲衅麝嚵袡z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(jié)構(gòu)和疏水內(nèi)壁；(C)-(F) 納米有機(jī)分子熒光探針單傳感器陣列；(G)-(J) 納米有機(jī)分子熒光探針雙傳感器陣列；(K)-(M) 納米有機(jī)分子熒光探針三傳感器陣列；(N) 納米有機(jī)分子熒光探針?biāo)膫鞲衅麝嚵小?