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一、主要作者及研究机构、发表期刊与时间
本研究的主要作者包括Yibin Zhang、Wanxia Gao、Na Zhao等，研究机构为江汉大学医学院生物医学研究所（Hubei Key Laboratory of Cognitive and Affective Disorders, Institute of Biomedical Sciences, School of Medicine, Jianghan University）和长江师范学院化学与化工学院（College of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University）。该研究发表于期刊《Dyes and Pigments》，发表日期为2025年。

二、学术背景
本研究属于化学与生物医学交叉领域，专注于荧光探针的开发与应用。铀（Uranium）作为一种天然放射性元素，在核能领域和癌症放射治疗中具有重要应用。然而，铀释放的α、β和γ射线对人体组织具有穿透性，可能导致细胞和DNA损伤，进而引发恶性肿瘤。此外，铀的化学毒性对皮肤、大脑、免疫系统、神经系统和心血管系统等器官系统造成不可逆的损害。在自然环境中，铀主要以稳定的铀酰离子（UO₂²⁺）形式存在，其水溶性和易扩散性使其在核能废料处理中的不当排放引发广泛关注。因此，开发快速、高效且用户友好的UO₂²⁺检测技术对预防公共安全问题具有重要意义。
尽管已有多种检测UO₂²⁺的分析方法，如表面增强拉曼光谱、原子发射光谱、紫外-可见分光光度法和质谱法等，但这些技术操作复杂且仪器昂贵，限制了检测速度。相比之下，有机小分子荧光传感器因其高灵敏度、检测简便和实时监测能力受到关注。然而，由于有机小分子的强疏水性导致聚集和荧光猝灭，针对UO₂²⁺的有机小分子荧光传感器研究较少。近年来，聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）特性的发现为解决荧光猝灭问题提供了新思路。
本研究旨在开发一种基于三苯胺（Triphenylamine）的新型荧光探针AIU，用于高选择性和高灵敏度检测水样和活细胞中的UO₂²⁺，并探索其在实际应用中的潜力。

三、研究流程
1. 探针设计与合成
- 研究团队设计了一种新型荧光探针AIU，其核心结构为三苯胺（作为AIE单元）和肟基（作为识别位点）。肟基中的氮和氧原子孤对电子能够与UO₂²⁺形成配位键。
- 探针AIU的合成通过将4’-(二苯氨基)-[1,1’-联苯]-4-甲腈与盐酸羟胺在乙醇中加热反应完成，最终获得白色固体AIU，产率为57.97%。
- 通过核磁共振（¹H NMR、¹³C NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和高分辨质谱（HRMS）对AIU的结构进行了表征。

1. 探针的AIE特性研究

   • 通过在不同有机溶剂（如乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜和乙醇）中溶解AIU，研究其AIE特性。结果表明，AIU在纯有机溶剂中因分子内旋转导致非辐射跃迁而荧光猝灭。
     
   • 向有机溶剂中加入水后，AIU的荧光强度随水含量增加而增强，当水含量达到99%时，荧光强度达到最大值，约为纯有机溶剂中的四倍。
     
   • 动态光散射（DLS）分析证实，在水/二甲基亚砜（99%）体系中，AIU形成平均粒径为113.2 nm的纳米颗粒，表明AIU在近纯水体系中能够快速聚集并增强荧光。

2. 探针对UO₂²⁺的光学响应研究

   • 通过荧光光谱和紫外-可见吸收光谱研究了AIU与UO₂²⁺的相互作用。结果显示，加入UO₂²⁺后，AIU的荧光显著猝灭，荧光量子产率从0.23降至0.04。
     
   • DLS分析表明，AIU与UO₂²⁺的配位导致纳米颗粒平均粒径增加至209.7 nm，证实了AIU与UO₂²⁺的成功螯合。
     
   • pH实验表明，AIU在中性和碱性环境中对UO₂²⁺的荧光猝灭响应最佳。

3. 时间响应与光稳定性实验

   • 时间响应实验显示，AIU在80秒内对UO₂²⁺的荧光响应达到稳定。
     
   • 光稳定性实验表明，AIU在300 nm激发光下连续照射1小时后，荧光强度保持在95%，证明其具有高光稳定性。

4. 选择性实验与竞争实验

   • 选择性实验表明，AIU对UO₂²⁺具有高选择性，其他金属离子（如Zn²⁺、K⁺、Cd²⁺等）对AIU的荧光强度影响可忽略。
     
   • 竞争实验进一步证实，即使在高浓度干扰金属离子存在下，UO₂²⁺仍能显著降低AIU的荧光强度。

5. 定量检测能力研究

   • 滴定实验显示，AIU对UO₂²⁺的检测限（LOD）为67 nM，低于世界卫生组织规定的饮用水UO₂²⁺最大允许浓度（30 μg/L）。
     
   • Stern-Volmer图表明，AIU对UO₂²⁺的荧光猝灭常数（Ksv）为2.8 × 10⁵ M⁻¹，表明其具有高灵敏度。

6. 理论计算与反应机制研究

   • 通过密度泛函理论（DFT）计算，研究了AIU与UO₂²⁺的电子云分布和能级变化。结果显示，UO₂²⁺的引入导致AIU的HOMO和LUMO能级降低，能隙从5.86 eV降至4.46 eV，表明电子从激发态返回基态时主要通过非辐射途径释放能量，从而降低荧光强度。
     
   • 通过Job’s plot和HPLC-MS分析，证实AIU与UO₂²⁺的配位化学计量比为2:1。

7. 活细胞成像实验

   • MTT实验表明，AIU对Hela细胞的细胞毒性较低，在50 μM浓度下细胞存活率超过85%。
     
   • 活细胞成像实验显示，AIU能够有效检测Hela细胞中的UO₂²⁺，荧光强度随UO₂²⁺浓度增加而逐渐降低。

8. 实际水样检测

   • 在长江水和嘉陵江水等实际水样中，AIU对UO₂²⁺的检测回收率为97%-103.67%，平均误差小于2.5%，证明其在实际应用中的高精度。

四、主要结果
1. AIU探针在近纯水体系中表现出显著的AIE特性，荧光强度随水含量增加而增强。
2. AIU对UO₂²⁺具有高选择性和快速响应（80秒），检测限为67 nM。
3. AIU与UO₂²⁺的配位化学计量比为2:1，且UO₂²⁺的引入导致AIU的荧光显著猝灭。
4. AIU在活细胞中能够有效检测UO₂²⁺，且具有低细胞毒性。
5. 在实际水样中，AIU对UO₂²⁺的检测表现出高精度和高回收率。

五、结论
本研究成功开发了一种基于三苯胺的新型AIE荧光探针AIU，用于高选择性和高灵敏度检测UO₂²⁺。AIU在实际水样和活细胞中的有效应用，为UO₂²⁺的荧光检测提供了一种新策略，具有重要的科学价值和实际应用潜力。

六、研究亮点
1. 首次将三苯胺与肟基结合，设计出一种新型AIE荧光探针AIU。
2. AIU对UO₂²⁺的检测限低至67 nM，响应时间短至80秒，具有高选择性和灵敏度。
3. 通过理论计算和实验验证，揭示了AIU与UO₂²⁺的配位机制。
4. AIU在实际水样和活细胞中的成功应用，展示了其在实际环境中的潜力。

七、其他有价值内容
本研究还通过HPLC-MS和Job’s plot等技术，深入探讨了AIU与UO₂²⁺的配位化学计量比和反应机制，为后续荧光探针的设计提供了理论依据。