这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
作者及机构
该研究由Qinghua Hu（通讯作者）、Wenjuan Liu、Cen Tang、Xianghe Kong、Rong Hu（通讯作者）和Hongqing Wang（通讯作者）共同完成，研究团队来自University of South China（南华大学）化学与化工学院及湖南省锕系配合物设计与应用重点实验室。研究成果发表于期刊《Sensors & Actuators: B. Chemical》2024年第417卷，论文标题为《Lysosome-targeted flavonoid ESIPT sensor for the selective sensing of UO₂²⁺ in pure water solutions and cell imaging》，在线发布于2024年6月26日。
学术背景
研究领域与科学问题
该研究属于环境监测与生物医学交叉领域，聚焦于放射性核素铀酰离子（UO₂²⁺）的高灵敏度检测技术开发。UO₂²⁺是核能工业中铀的主要稳定形态，具有重金属毒性和放射性，易通过水体迁移进入生物循环，威胁生态环境和人体健康。传统荧光传感器在复杂水环境和细胞成像中存在稳定性差、选择性不足等问题。
研究目标
团队旨在设计一种基于黄酮类衍生物（flavonoid）的新型荧光传感器，解决以下关键问题：
1. 实现纯水体系中UO₂²⁺的高选择性、高灵敏度检测；
2. 突破细胞器水平UO₂²⁺追踪的技术瓶颈，首次定位溶酶体（lysosome）内的UO₂²⁺；
3. 开发便携式试纸，用于实际水样的现场快速检测。
研究流程与方法
1. 传感器设计与合成
- 分子设计：基于3-羟基黄酮（3-hydroxyflavone）骨架，设计三种衍生物PH-A、PH-B和PH-C（Scheme 1），通过引入醛基（aldehyde group）或羰基（carbonyl group）增强与UO₂²⁺的配位能力。
- 合成路线：采用一步法合成，通过核磁共振（¹H NMR、¹³C NMR）、高分辨质谱（HR-MS）和红外光谱（FT-IR）验证结构（图S1-S15）。
2. 光物理性质与检测性能优化
- 溶剂效应：测试六种亲水性溶剂（DMF、DMSO等）中不同水含量（0–99%）对传感器荧光猝灭率的影响。结果显示PH-A在80%以上水含量体系中仍保持稳定猝灭率（>90%），优于PH-B和PH-C（图1）。
- 激发态分子内质子转移（ESIPT）机制：PH-A在聚集态和水溶液中均能发射强荧光，其ESIPT特性使其对极性变化不敏感（图S16-S17）。
- pH响应：在pH 5–9范围内，PH-A荧光强度与UO₂²⁺猝灭效果最佳（图2）。
3. UO₂²⁺检测性能
- 灵敏度：荧光滴定实验显示，PH-A对UO₂²⁺的检测限低至1.17×10⁻⁸ mol/L，线性范围0–7 μM（图3）。
- 选择性：在Ag⁺、Fe³⁺等26种金属离子及常见阴离子（如Cl⁻、SO₄²⁻）共存时，PH-A仅对UO₂²⁺表现出特异性响应（图4-5）。
- 机理验证：通过HR-MS、¹H NMR和FT-IR证实UO₂²⁺与PH-A的醛基和酮羰基配位，阻断ESIPT过程并引发荧光猝灭（图6）。密度泛函理论（DFT）计算显示醛基引入降低了HOMO-LUMO能隙（2.62 eV），增强电子转移效率（图7）。
4. 细胞成像与应用
- 溶酶体靶向：共聚焦显微镜显示PH-A可特异性富集于溶酶体（与LysoTracker Red共定位，Pearson系数0.86），首次实现溶酶体内UO₂²⁺成像（图8-9）。
- 实际样品检测：在河水、海水等复杂水样中，UO₂²⁺回收率达98.64–103.35%（表1）。试纸可实现UO₂²⁺的裸眼可视化检测（图10）。
主要结果与结论
- PH-A传感器优势：醛基修饰显著提升稳定性与抗干扰能力，ESIPT机制使其适用于高水含量体系。
- 应用价值：
- 环境监测：试纸技术为核污染现场检测提供工具；
- 生物医学：首次揭示UO₂²⁺在溶酶体的分布，为靶向促排药物开发提供依据。
研究亮点
- 方法创新：首次将ESIPT荧光机制与溶酶体靶向结合，突破细胞器水平UO₂²⁺检测难题。
- 技术突破：开发出可聚合为纳米颗粒的传感器，解决传统有机分子水溶性差的问题。
- 多场景应用：从分子设计到实际水样检测、细胞成像，形成完整技术链条。
其他价值
- 提出的醛基增强配位策略可为其他重金属传感器设计提供参考；
- 研究获中国国家自然科学基金（No.11804146、22176084）和湖南省自然科学基金（2020JJ5462）支持。
（报告总字数：约1500字）