AIE活性共轭聚合物铀酰ECL探针的设计、合成及机制研究

As nuclear technology was applied in various fields, nuclear wastes and leaks have caused serious environmental and social problems. Therefore, it was quite necessary to develop radioactive elements probes with high sensitivity and low detection limits. Electrochemiluminescence (ECL) probes can give high sensitivity and low detection limits (pM-fM), indicating its potential applications as high sensitive radioactive ion probes. Therefore, we aim to designing ECL probes with high sensitivity based on aggregation-induced emission (AIE)-active conjugated polymers, which can be applied for uranyl ion detection in aqueous solution. In this project, AIE-active conjugated polymer are aimed to being synthesized via Sonogashira coupling reaction with amidoxime and phosphoric acid groups as uranyl ion ligands while tetraphenylethylene (TPE) as the AIE-active group. The result polymer can be applied as ECL probes for uranyl ion detection to give the detection limits below 1 pM. Based on this work, we further aim to synthesizing chiral AIE-active conjugated polymer for ECL/CPL dual-channel uranyl ion detection with high sensitivity.

随着核技术的广泛应用，产生的废弃物和核泄漏会引起严重的环境及社会问题。因此，提高对环境中痕量放射性元素检测的灵敏度，降低其检测限的研究具有一定价值。电致化学发光(ECL)探针具有高灵敏度和低检测限的突出优势，检测限达pM-fM数量级，大大低于普通荧光探针，有利于其在放射性物质高灵敏度检测方面的应用。据此，申请人拟设计AIE活性共轭聚合物ECL探针，在水溶液中实现对铀酰的高灵敏度检测，预计检测限可达pM以下。本项目拟以磷酸、氨肟为铀酰配体，四苯乙烯(TPE)为AIE活性基团，通过Sonogashira偶联反应合成具有聚集诱导发光(AIE)特性的共轭聚合物发光探针，利用其在聚集态下发光增强的性质，以ECL技术实现在水溶液中对痕量铀酰的高灵敏度检测。并进一步引入手性源合成手性AIE活性共轭聚合物探针，实现电致化学发光/圆偏振发光(ECL/CPL)双通道高灵敏度检测。

随着核工业的快速发展，核安全已经成为公共安全及环境领域的重要组成部分。针对这一挑战，本项目工作基于灵敏、高效、便捷的电化学发光(ECL)技术开发了精确检测系统用于环境中痕量放射性铀、碘元素快速、精确及可视化监测。该系统包含高灵敏度铀、碘ECL检测及成像探针、自研便携式多功能检测器两部分。探针方面，本工作设计合成了具有强ECL发射的共轭聚合物纳米颗粒，并进一步完成了以下四项研究：i).通过共振能量转移机理首次实现痕量铀的ECL检测并发现了铀酰的阳极ECL发射机理，检测限（LOD）低达2.5 ppt；ii).应用ECL成像技术进一步实现了超量铀的可视化快速预警；iii).进一步提出了利用可调节供体-受体（D-A）结构优化ECL铀酰探针的策略，阐明了此类探针的构效关系；iv).首次提出共反应剂中毒（CGP）检测机理并实现了碘蒸汽痕量检测（LOD = 0.13 ppt）。同时研制成功了便携式ECL仪器，目前已制成样机一台，适合野外作业，实现对铀、碘实时实地监控，目前已成功应用于日常科研。综上所述，本项目工作为核环境公共安全提供了先进便捷、价格低廉、形式新颖的ECL探针及仪器系统，从而提高核应急中的应对能力。