超低检测限、超快响应！新型荧光探针AIU引领铀酰离子检测新潮流

铀作为一种天然放射性元素，在核能领域和癌症放射治疗中有着重要应用。然而，其放射性以及化学毒性对人类健康和环境构成潜在威胁。铀在自然环境中主要以稳定的铀酰离子（UO₂²⁺）形式存在，且具有水溶性和易扩散性。因此，开发快速、有效的UO₂²⁺检测技术对于保障公共安全和环境保护至关重要。

一项关于新型三苯胺基荧光探针AIU的研究成果引起了广泛关注。该探针由江汉大学和长江师范学院的研究团队共同开发，专门用于检测水样和活细胞中的铀酰离子（UO₂²⁺），具有高选择性、低检测限（67纳摩尔）和快速响应时间（80秒）等显著优势。

研究内容

图 1 探针AIU的合成路线

图1展示了合成目标荧光探针AIU的路线。 

图 2 探针AIU对UO₂的检测机制示意图

AIU以三苯胺为聚集诱导发光（AIE）单元，肟基为识别位点。在AIE性能测试中，AIU在纯有机溶剂里因分子内旋转导致能量损失，荧光发生猝灭。而加入水后，随着水含量从0增加到99%，其荧光强度逐渐增强，在水与有机溶剂比例为99%时达到最大值，约为纯有机溶液中的四倍。动态光散射（DLS）分析观察到此时形成平均尺寸约113.2nm的纳米颗粒，证实了聚集体的形成，抑制了分子内旋转，增强了荧光。

图 3 AIU与UO₂²⁺的荧光和吸收光谱

当AIU与UO₂²⁺作用时（图3a），加入UO₂²⁺后，溶液荧光明显猝灭，在365nm紫外灯激发下可看到明显蓝色荧光，荧光量子产率从0.23大幅降至0.04，吸收峰也从340nm移至345nm（图3b）。DLS分析显示，结合UO₂²⁺后纳米颗粒平均尺寸增大到约209.7nm，证明二者发生了螯合。

图 4 AIU与UO₂²⁺的时间依赖性、稳定性和选择性

时间响应和光稳定性实验（图4a、4b）表明，AIU检测UO₂²⁺极为迅速，当UO₂²⁺浓度为20pM时，响应时间仅80s；并且光稳定性良好，在300nm激发下连续照射1h，荧光强度仍能维持在95%。在选择性实验（图4c）中，向AIU溶液加入多种金属离子后，只有UO₂²⁺能显著降低其荧光强度，其他离子影响极小，竞争实验进一步验证了AIU在复杂环境中对UO₂²⁺的高选择性识别能力。滴定实验（图4d、4e）显示，AIU对UO₂²⁺定量检测能力优秀，检测限低至67nM，低于世界卫生组织规定的饮用水中UO₂²⁺最大允许浓度，其荧光猝灭常数也表明灵敏度很高。研究还通过理论计算和HPLC-MS分析，明确了AIU与UO₂²⁺以2:1的化学计量比络合。

细胞实验显示，AIU细胞毒性低，能有效检测活细胞内的UO₂²⁺。在实际水样检测中，AIU检测精准度高，平均误差小于2.5%，回收率在97%-103.67%之间。

新型荧光探针AIU的成功研发，为UO₂²⁺检测提供了创新方法，在环境监测、生物医学等领域具有广阔的应用前景，有望为解决铀污染问题发挥重要作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2024.112436