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隊在實時同步可視化檢測多組分重金屬離子方面取得新進展，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。不同來源的重金屬通過不同的方式進入河流，最終流入湖泊和大海，這將會對流域的生態(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，會影響兒童智力和骨骼的發(fā)育；Hg2+會影響線粒體的正常運作并引起氧化應(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對點的方式，過程既耗時又費力，且無法同時實現(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行數(shù)控加工，利用毛細管驅(qū)動力和疏水內(nèi)壁，設(shè)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(diào)節(jié)、易于闡明反應(yīng)機理等優(yōu)點，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，實現(xiàn)了對Hg2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的同步實時視覺檢測?；诖?，進一步將微流控?zé)晒鈧鞲衅麝嚵信c智能手機的顏色識別器相結(jié)合，實現(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、國家重點研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金和安徽省重點研究與開發(fā)計劃的支持。

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

圖1. 微流控?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?biāo)膫鞲衅麝嚵小?