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我校张奎教授团队在国际权威期刊发表放射性核素离子可视化检测的最新研究成果

发布时间:2022-06-07   文章来源:化工学院   浏览:次

近日,化学与化工学院张奎教授团队在国际权威期刊《Journal of Hazardous Materials》和《Chinese Chemical Letters》发表放射性核素离子可视化检测的最新研究成果。

《Journal of Hazardous Material》为生态环境领域公认的TOP期刊之一,2021年最新影响因子为10.588。我校为论文第一单位,张建副教授为论文第一作者,张奎教授为论文通讯作者,安徽大学耿军龙教授为共同通讯作者。《Chinese Chemical Letters》是由中国化学会主办,内容覆盖我国化学研究全领域,报道我国化学领域研究的最新进展及热点问题,2021年最新影响因子为6.779。我校为论文第二单位,我校与安徽农业大学联合培养的研究生钱晶晶为论文第一作者,张建副教授和张奎教授为论文共同通讯作者。以上工作得到了国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划、安徽省杰出青年科学基金等项目的支持。

铀酰离子,作为放射性核素铀在自然界中最稳定的存在形式,由于其显著的化学毒性和放射毒性,不恰当的接触或摄入,会导致严重的DNA损伤、肾脏和骨骼疾病,甚至死亡。不同环境下铀酰离子浓度极不平衡,实现对宽浓度范围内的铀酰离子的快速实时实地精确的监测,对于保障我国公民的生命健康与财产安全具有重要的实际意义,将极大提高我国应对不同环境下突发核公共安全事件的能力。

(宽浓度铀酰离子的荧光比率试纸的设计原理及可视化检测)


(a)铀酰离子快速实时实地精确的监测过程图

宽浓度铀酰离子的荧光比率试纸对纯水(b)、湖水(c)和海水(d)中等铀酰离子的检测


该研究将光诱导电子转移效应以及天线效应相结合,开发了一种新型比率荧光探针,即硫化锌量子点修饰的锗酸锌纳米颗粒用于检测铀酰离子。当铀酰离子浓度在0.05-100μM时,铀酰离子复杂的电子能级结构,会诱导激发电子从硫化锌量子点转移到铀酰离子上,猝灭硫化锌量子点红色荧光;当铀酰离子浓度在100-1000μM时,其吸附在锗酸锌纳米颗粒表面形成络合物,并促进吸收的能量转移到新形成的络合物的发射态,在510 nm 处出现了显著的绿色荧光。团队结合真空减压抽滤,将探针牢牢吸附在滤纸的三维孔隙中,制备出了一种高质量的荧光比色试纸,实现了对环境中铀酰离子的宽浓度范围的定性识别,比已报道的铀酰离子检测范围高2到3个数量级。该试纸在不同剂量的铀酰离子存在下,呈现出宽的连续的荧光颜色变化,从最初的红色到橙色、巧克力色、橄榄色、黄绿色、浅绿色到最终的绿色。即使低至0.05μM的铀酰离子溶液滴在试纸上也可以用肉眼清晰地辨别出其荧光颜色改变,低于世界健康组织规定的饮用水中130.0 nM的铀酰离子检测限。

(a)智能手机检测铀酰离子光学平台内部结构图

(b)智能手机检测铀酰离子光学平台实样图

(c)比率荧光探针检测铀酰离子对应荧光照片

(d)智能手机识别的R/B值与铀酰离子浓度的线性关系


此外,团队结合智能手机APP颜色识别器完成了铀酰离子的现场可视化和定量化检测。该比率荧光探针由蓝色和红色碳点通过合适的比例混合得到,铀酰离子存在时红色碳点荧光被猝灭而蓝色碳点荧光不变,从而在紫外灯照射下观察到明显的由红到蓝的颜色变化。利用智能手机识别荧光探针溶液的颜色RGB值即可实现铀酰离子的现场可视化和定量化检测,整个检测过程在5分钟内即可完成。该研究为发展荧光试纸在环境、医药、食品、疾病诊断及公共安全等领域中的应用提供了新的思路和方法。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129182

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cclet.2020.05.004

(撰稿:张建 审核:何孝军 张苒 杜飞)

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