随着核工业及核技术应用的发展，世界各国在过去几十年中产生了共计超过十亿吨各类贫铀废弃物，其长达45亿年的半衰期及污染地域之广，成为了广泛关注的环境问题。世界卫生组织（WHO）明确规定饮用水中UO22+含量不得超过1 ppb。同时，对环境中的痕量UO22+进行快速实时实地精确监测，也是核应急公共突发事件应对能力建设的重要内容。
针对这一问题，华道本教授团队与徐静娟教授团队首次联合报道了应用电化学发光（ECL）技术实现高灵敏度痕量UO22+检测的研究工作，获得了低达10.6 pM/2.5 ppt的检测限及对UO22+非常高的选择性，并且成功应用于自然水样中UO22+的精确监测。与目前成熟的检测方法ICP-MS法相比，ECL仪器具有小型化、便携化、低成本的优点，更适合野外及核应急条件下实时实地的痕量UO22+监测。该工作亦首次发现了UO22+的阳极ECL现象，并提出了其相关机理，为该领域后续研究奠定了理论基础（图1）。
图1. 聚集诱导发光(AIE)活性聚合物点（Pdots）ECL探针用于环境中铀酰的高灵敏度便携式监测。（Copyright 2020, Wiley Online Library.）
该工作利用四苯乙烯以及β-二酮衍生物两种AIE活性单体通过Suzuki偶联反应合成了AIE活性共轭聚合物，包覆PSMA制成Pdots后在表面修饰ssDNA用以富集UO22+进行ECL检测（图2）。其中，DNA链上的磷酸基团可以通过P=O双键和UO22+进行配位，从而对水中的UO22+进行富集，通过UO22+到Pdots的共振能量转移(RET)效应增强Pdots的ECL信号强度，达到对UO22+高灵敏度检测的目的。
图2.共轭聚合物的合成方法及UO22+检测原理。（Copyright 2020, Wiley Online Library.）
该工作亦首次发现了UO22+的阳极ECL现象（图3A），并且测定了其ECL光谱（图3B, b）。UO22+的ECL光谱（图3B, b）与共轭聚合物的紫外-可见光谱（图3B, a）在400-550 nm范围内有重叠，这说明存在UO22+到Pdots的RET过程。如图3C，ssDNA+UO22+的ECL光谱（a）发射峰在500 nm左右，与UO22+相符，而Pdots+ssDNA+UO22+的ECL光谱发射峰在650 nm左右（b）与Pdots相符，与UO22+不同，可以视为RET过程的进一步证据。
图3.（A）UO22+的ECL信号；（B）共轭聚合物的紫外-可见光谱（a）及UO22+的ECL光谱（b）；（C）ssDNA+UO22+ （a）及Pdots+ssDNA+UO22+ （b）的ECL光谱。（Copyright 2020, Copyright 2020, Wiley Online Library.）
这个RET过程最终导致了Pdots的ECL信号随UO22+浓度的增大而增强（图4A）。该探针对UO22+的检测限可达10.6 pM/2.5 ppt，低于已知UO22+发光探针两个数量级以上。与50 nM浓度的多种干扰离子相比，即便0.5 nM的UO22+也可以产生明显的信号，这说明该探针具有很好的选择性（图4B）。
图4.（A）不同浓度UO22+存在下Pdots的ECL强度；（B）Pdots对UO22+的选择性。（Copyright 2020, Copyright 2020, Wiley Online Library.）
为证明该便携式痕量UO22+ ECL监测技术的实际应用价值，该方法分别被用来检测来自渤海（天津）、骆马湖（徐州）、独墅湖（苏州）和千岛湖（杭州）的实际水样中UO22+的含量，其结果与使用ICP-MS法的测定结果非常接近（图5），证明了该技术的实际应用前景。该工作为环境中UO22+离子的实时监测提供了有效而精确的手段，也为该领域今后的工作提供了全新的思路。
图5. 不同水源水样使用ECL及ICP-MS两种手段检测UO22+结果对比及水源地位置。（Copyright 2020, Copyright 2020, Wiley Online Library.）
以上相关成果发表在Adv. Funct. Mater. 2020, DOI: 10.1002/adfm.202000220。论文的第一作者为苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室的博士后王子昱，通讯作者为华道本教授，共同通讯作者为南京大学生命分析化学国家重点实验室的徐静娟教授。同时，该技术正在申请国家专利，申请号：201910988730.X。
论文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202000220
