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龍研究員團(tuán)隊在實時可視化檢測環(huán)境中Cr3+研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊設(shè)計了一種以嵌段共聚物形成的卟啉納米顆粒為傳感核心的比率熒光探針，用于超靈敏檢測環(huán)境中的Cr3+；利用所設(shè)計的納米探針和智能手機(jī)可以將熒光照片的顏色信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，并進(jìn)行實時分析；根據(jù)土壤和水中Cr3+的不同環(huán)境要求開發(fā)了兩種便攜式熒光傳感設(shè)備。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Sensors and Actuators B: Chemical ( Sensor. Actuat B: Chem., 417, 2024, 136133)上。      在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會，過度開發(fā)和利用地球資源（如電鍍、皮革制革、紡織制造和金屬采礦）導(dǎo)致環(huán)境中的鉻污染日益嚴(yán)重。鉻離子在環(huán)境中多以六價和三價形式存在，其污染對社會生態(tài)和人類健康會造成嚴(yán)重危害?，F(xiàn)有的鉻離子檢測主要集中在 Cr6+，與 Cr3+相關(guān)的檢測往往被忽視。然而，Cr3+對土壤、水和動植物的生長都有一定的影響，人體內(nèi)Cr3+的異常積累也會破壞身體的抗氧化系統(tǒng)，影響肺、腦、肝和腎等器官的正常功能，對人類健康構(gòu)成威脅。

鑒于此，研究人員開發(fā)了以嵌段共聚物形成的卟啉納米粒子為傳感核心的比率熒光探針，并將其與智能顏色識別系統(tǒng)相結(jié)合構(gòu)建便攜式熒光傳感設(shè)備，實現(xiàn)了對環(huán)境中Cr3+的現(xiàn)場快速靈敏檢測。比率熒光納米探針的傳感機(jī)理是將藍(lán)色碳點（BCDs）作為內(nèi)標(biāo)物，以通過溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)嵌段共聚物和卟啉的自組裝形成的卟啉納米粒子（TAPP NPs）作為傳感底物。當(dāng)捕獲到Cr3+時，Cr3+與TAPP NPs形成金屬納米粒子復(fù)合物，引起配體金屬電荷轉(zhuǎn)移（LMCT），導(dǎo)致卟啉納米粒子的熒光淬滅，而內(nèi)標(biāo)BCDs的熒光不受影響。這樣的傳感機(jī)制使得探針表現(xiàn)出從紅色到藍(lán)色的一系列熒光變化。根據(jù)土壤和水中Cr3+的不同環(huán)境要求，結(jié)合智能手機(jī)的顏色識別APP設(shè)計了兩種便攜式熒光傳感設(shè)備。通過識別相應(yīng)的顏色，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲和分析，完成從視覺到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實現(xiàn)Cr3+的定量檢測。該研究中構(gòu)建的比率熒光傳感策略可以為Cr3+的實時監(jiān)測提供一種新的方法，為構(gòu)建實時、原位、快速、直觀的環(huán)境重金屬檢測奠定基礎(chǔ)。

上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家重點研發(fā)計劃和安徽省重點研發(fā)計劃的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136133

圖. 基于卟啉納米粒子的便攜式智能傳感設(shè)備可視化檢測環(huán)境中Cr3+的示意圖。