固体所发展微流控荧光传感器阵列实现多组分重金属离子实时同步可视化检测

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件制造研究部蒋长龙研究员团队在实时同步可视化检测多组分重金属离子方面取得新进展，相关研究成果以“Design of microfluidic fluorescent sensor arrays for real-time and synchronously visualized detection of multi-component heavy metal ions”为题发表在Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 2024, 493, 152636)上。

重金属是环境中常见的污染物之一，具有长期存在、隐蔽、不易分解、水体毒性高等特点。不同来源的重金属通过不同的方式进入河流，最终流入湖泊和大海，这将会对流域的生态环境和人类健康构成重大威胁。例如，Cu2+在较高浓度下会损害人体健康，导致DNA发生不可逆的变化；Pb2+毒性极大，会影响儿童智力和骨骼的发育；Hg2+会影响线粒体的正常运作并引起氧化应激，损害人体神经系统、消化系统等；Cr3+会导致胃肠道损害、循环系统疾病和肾衰竭。虽然环境中存在多种不同类型的重金属离子，但目前对重金属离子的检测通常是点对点的方式，过程既耗时又费力，且无法同时实现多组分重金属离子检测。

鉴于此，固体所研究人员对亚克力板进行数控加工，利用毛细管驱动力和疏水内壁，设计了微流控传感器阵列。有机荧光探针具有成本低、灵敏度高、选择性好、发光性能易于调节、易于阐明反应机理等优点，可以直接与重金属离子反应生成配合物。研究人员基于微流控传感器阵列和荧光探针，研制了由4个荧光探针组成的荧光微流控传感器阵列。荧光微流控传感器阵列采用对Hg2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+有特异响应的荧光纳米材料作为荧光纳米探针的信号响应组分，通过将一系列荧光探针与微流控传感器阵列相结合，实现了对Hg2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的同步实时视觉检测。基于此，进一步将微流控荧光传感器阵列与智能手机的颜色识别器相结合，实现了对环境水体中多组分重金属离子的可视化定量检测。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省自然科学基金和安徽省重点研究与开发计划的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152636

图1. 微流控荧光传感器阵列检测重金属离子的示意图。

图2. (A) 荧光微流控传感器阵列；(B) 荧光微流控传感器阵列的结构和疏水内壁；(C)-(F) 纳米有机分子荧光探针单传感器阵列；(G)-(J) 纳米有机分子荧光探针双传感器阵列；(K)-(M) 纳米有机分子荧光探针三传感器阵列；(N) 纳米有机分子荧光探针四传感器阵列。