英文原题：Smartphone-assisted detection of trace methyl orange in water by ratiometric nanosensors based on down/up-conversion luminescence

第一作者：王语扬（陈硕然副教授21级硕士生）

通讯作者：陈硕然副教授、叶常青教授

作者：王语扬、陈硕然、许宗意、鲍锡为、董予翔、李琳、史益忠、万仕刚、叶常青

       有机染料（ODs）被用于给各种物体着色，被广泛应用于食品、制药、高分子、造纸、纺织和皮革等行业。工业废水的排放将有机染料引入地表水和地下水，造成严重的环境污染。大多数有机染料不仅是有毒和致癌的，而且还耐生物降解，即使在低浓度下也会对人类健康和水生态系统构成严重威胁。因此，已经开发出多种先进的方法来去除有机染料。然而，在处理前，识别特定的有机染料并量化它们的浓度是至关重要的，这需要开发简单、高效且便携的有机染料检测技术。

       甲基橙（MO）是一种经典的偶氮染料，通常作为酸碱指示剂在各种工业应用中使用。已经报道了多种检测MO的方法，包括液相色谱、表面增强拉曼光谱、气相色谱-质谱、电化学和荧光分析。尤其是荧光分析法因其直接的方法、成本效益、高灵敏度和快速响应时间而备受关注。然而，传统的荧光检测通常依赖于短波长光，特别是紫外线来激发，这可能会引入其他荧光物质的干扰。此外，短波长光的穿透深度有限，限制了这种检测方法在各种场景中的适用性。为了应对这些挑战，基于上转换发光（UCL）的检测系统已被证明是有效的。这个创新的光致发光（PL）系统在长波长激发下发出短波长光，从而大大避免了其他荧光物质的干扰。最近的研究利用稀土上转换纳米颗粒（UCNPs）来检测OD，尤其是MO，并且显示出比传统荧光分析方法更好的性能。然而，UCL效率和高激发功率阈值的表现限制了UCNPs在实际传感应用中的广泛使用。因此，不断提高发光性能一直是UCL分析的重大挑战。

       在这项工作中，基于三线态-三线态湮灭上转换（TTA-UC）发光技术开发了一种比率传感器，用于检测MO。该传感器还利用智能手机实现快速简单的比色检测。TTA-UC依赖于两种类型的发光分子，光敏剂和湮灭剂，通过三线态-三线态能量转移（TTET）和随后的三线态-三线态湮灭（TTA）过程实现上转换发光（UCL）。它的双荧光分子特性也使得能够实现双重发射，与传统荧光能量转移系统相比，两者之间有着更宽的波长间隔，从而提高了比率检测信号。已经有多个关于TTA-UC比率分析方法的研究报告，均确认了该策略的良好潜力。如图1a所示，光敏剂八乙基卟啉铂（PtOEP）和湮灭剂9,10-二苯基蒽（DPA）被用作TTA-UC荧光染料对，在532 nm绿色激光激发下实现近450 nm的蓝色上转换发光，同时还生成了655 nm的红色磷光。所有荧光分子被包裹在由两亲性嵌段共聚物Pluronic P123形成的纳米胶束中，并分散在水中。在水中存在MO的情况下，带负电的MO分子会吸附在带正电的纳米胶束表面，通过内滤效应（IFE）淬灭UCL。此外，磷光强度不受MO影响，可以作为参比信号，从而实现比率检测。最终，由于检测信号和参考信号分别对应蓝色和红色波段，样品发射光的颜色可以通过智能手机应用程序进行分析，通过获取RGB值来进行快速简单的检测，消除了对光谱仪的需求。这一策略极大地促进了有机染料的高效、便捷检测。

图1 基于TTA-UC的智能手机辅助比率型MO传感策略

图2 上/下转换比率纳米探针对甲基橙的检测

图3 通过智能手机实现的快速检测

Smartphone-assisted detection of trace methyl orange in water by ratiometric nanosensors based on down/up-conversion luminescence

Yuyang Wang, Shuoran Chen*, Zongyi Xu, Xiwei Bao, Yuxiang Dong, Lin Li, Yizhong Shi, Shigang Wan, Changqing Ye*

Spectrochim. Acta. A Mol. Biomol. Spectrosc. 2025, 324: 125039.

Published Online: 27 August 2024

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1386142524012058