自组装 TMB-CuO2纳米片：双模式检测铀酰离子，助力酸性铀污染监测新突破

为解决酸性铀污染监测难题，来自中国的研究人员开展了关于自组装 TMB-CuO2纳米片用于 UO22+双模式检测的研究。结果显示该纳米片检测灵敏度、稳定性良好，此研究拓展了相关检测技术的应用。

　　随着能源行业的快速发展，对替代能源的需求不断增长，核能作为一种具有成本效益且不产生温室气体或环境污染物的能源，在全球电力生产中占比 13%，铀作为核能发电的主要元素，其重要性日益凸显。然而，铀在水环境中的稳定形式铀酰离子（UO₂²⁺）会对人类健康产生负面影响，大量酸性含铀废物因其放射性和化学毒性，对环境和健康构成严重威胁。目前用于铀检测的荧光光谱、电化学、离子色谱等分析方法，存在分析时间长、操作复杂、设备昂贵等问题，限制了其在实验室外的实际应用。因此，开发高灵敏度、高选择性的即时检测（POCT）技术对酸性铀污染的检测和监测至关重要。

比色法因其快速响应、使用方便和成本效益高，在铀酰离子定量分析中备受关注。在比色检测中，显色信号分子的浓度对传感器灵敏度影响很大，使用无载体自组装信号分子纳米材料有望显著提高比色检测的灵敏度。疏水性的 3,3,5,5 - 四甲基联苯胺（TMB）是比色传感中常用的底物，其在从有机相到水相的转变过程中，会通过疏水相互作用和 π-π 堆积效应自组装。但比色检测中外源不稳定的过氧化氢（H₂O₂）会影响 TMB 氧化反应的效率和稳定性。

自级联反应策略可解决 H₂O₂的问题，金属过氧化物纳米点在酸性环境中具有产生 H₂O₂的能力，将其与 TMB 纳米组装体结合，可实现自级联比色检测。同时，氧化态的 TMB（ox-TMB）可作为光热探针，在近红外二区（NIR-II）激光照射下，将目标分析物浓度转化为热输出，便于光热生物传感。

研究人员开发了一种自组装的 TMB-CuO₂纳米片，用于铀酰离子的双模式比色和光热检测。通过纳米沉淀技术将 CuO₂纳米点掺入 TMB 纳米片中，TMB-CuO₂纳米片在酸性环境中会自发分解，产生 Cu²⁺、H₂O₂和 TMB，通过类芬顿反应促进 TMB 氧化。氧化的 TMB 不仅会发生颜色变化，还具有显著的 NIR-II 激光驱动的光热效应，可实现铀酰离子的裸眼快速定性检测和光热测量。此外，蓝色的氧化 TMB 可与铀酰离子和亚胺形成褪色聚集体，影响电子结构和电荷转移过程。最终，基于 TMB-CuO₂的铀酰离子双模式传感器检测限低至 1.78 μM，选择性良好，可有效检测各种水样中的铀酰离子，在 POCT 应用中具有巨大潜力。

在实验过程中，首先按照先前报道的方法制备 CuO₂纳米点，将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解在含有氯化铜（CuCl₂）的水中，加入氢氧化钠（NaOH）和过氧化氢（H₂O₂）搅拌后，通过超滤收集并洗涤 CuO₂纳米点。再将 TMB 溶解在二甲基亚砜（DMSO）中制备 TMB 溶液。TMB-CuO₂纳米片的自组装过程受基于纳米沉淀的无载体纳米药物方法启发，从有机相到水相的突然转变诱导疏水 TMB 分子自组装，CuO₂通过氢键和范德华力掺入 TMB 纳米复合材料中。透射电子显微镜（TEM）图像显示，TMB-CuO₂呈现不规则圆盘状结构。

总之，自组装的 TMB-CuO₂纳米片为酸性环境中铀酰离子的双模式比色和光热检测提供了便利，该研究为合成具有增强负载能力的自携带信号标签纳米材料提供了方法，进一步拓展了简单比色和测温技术在酸性铀污染敏感、选择性检测中的应用。