基于β-咔啉的荧光探针，用于检测Hg2+，具有高灵敏度和选择性

《Journal of Molecular Structure》：Fluorescent probe for Hg2+ based on β-Carboline with high sensitivity and selectivity

β-咔啉荧光探针Hg2?检测研究：合成新型探针，1:1配位机制，检测限4.64×10?? M，活细胞验证，抗干扰性强。

　　

Ailipire Aisikaer|Palizha Tuergun|Aerziguli Tuerxun|Xiaojuan Li

新疆师范大学，中国乌鲁木齐市新义路102号，830054

摘要

我们合成了一种基于β-咔啉荧光团的新型Hg2?探针，并通过1H NMR、13C NMR、IR和HR-MS技术对其进行了表征。该探针对Hg2?的荧光猝灭具有灵敏的双模式响应，并且颜色从无色变为黄色。通过Job图分析和DFT计算验证，其传感机制涉及1:1的配位。该探针的检测限低至4.64×10?? M，同时具备快速响应、优异的选择性和强大的抗干扰能力。此外，该探针能够在活的Eca-109细胞中成功识别Hg2?。这些优异的性能使其成为实际应用中的有希望的候选者。

引言

由于汞离子对环境和生态系统具有显著的危害性[[1], [2], [3]]，开发高灵敏度的荧光化学传感器以快速检测Hg2?显得尤为重要[[4], [5], [6], [7]]。专门用于检测汞离子的荧光探针已成为一个热门的研究课题[[8], [9], [10], [11], [12]]，其中大多数探针通常使用已建立的荧光团，如罗丹明[13,14]、香豆素[15]、1,8-萘酰亚胺[16,17]、四苯乙烯[18,19]、芳基硼酸[20,21]、联吡啶[[22], [23], [24]]、菲[25]、蒽[26]、苝[27]和咔唑[28,29]。作为咔唑的类似物，β-咔啉具有特征性的三环吡啶结构，其芳香环以刚性平面排列。这种结构刚性赋予β-咔啉衍生物强烈的蓝色荧光，使其成为有效的发光体。β-咔啉结构中的吡啶氮原子具有弱碱性，可作为金属离子配位的有效结合位点[31]。尽管具有这些有利特性，但与已广泛使用的咔唑衍生物作为荧光化学传感器相比[[32], [33]]，基于β-咔啉的荧光探针的系统探索和开发仍然相对不足。2014年，Wang Jun-Ru报道了一种通过将β-咔啉结构与二硫缩醛结合制备的水溶性Hg2?化学传感器[34]（见方案1）。在本文中，我们介绍了一种基于β-咔啉的新型荧光探针，其结构较为简单。该探针具有高灵敏度和选择性，能够在自然光下实现Hg2?离子的“肉眼”检测。

方法部分

通用方法

所有试剂和溶剂（分析级）均从Adamas Reagent Co., Ltd购买，无需进一步纯化即可使用。主要仪器、光谱测量程序和溶液制备的详细描述见实验部分的补充信息。

CP1的荧光特性

CP1的制备方法参考了之前的研究[35]。在紫外光下，CP1溶液在乙醇中呈现明亮的蓝色荧光。如图1a所示，CP1的UV-vis吸收光谱在361 nm处有强吸收带，对应于π-π*电子跃迁。在361 nm处激发后，CP1的发射波长为401 nm（乙醇浓度为10 μM），Stokes位移为3130 cm?1（见图S11）。如图1b所示，

结论

总之，我们合成并表征了一种基于β-咔啉的小分子荧光探针，用于检测水溶液中的Hg2?。该探针在水溶液中从无色变为黄色，检测限为9.15 μM。竞争实验表明，Hg2?的选择性显色和荧光猝灭不受其他金属离子的影响。该探针具有制备简便、检测限低等优点。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

未引用的参考文献

[30]

CRediT作者贡献声明

Ailipire Aisikaer：撰写初稿，数据整理。Palizha Tuergun：数据可视化。Aerziguli Tuerxun：数据整理。Xiaojuan Li：撰写、审稿与编辑，资金筹集。

利益冲突声明

我们声明与可能不恰当地影响我们工作的其他人或组织没有财务和个人关系，对于任何可能影响本文观点或手稿评审的产品、服务及/或公司，我们没有任何形式的专业或其他个人利益。

致谢

作者感谢新疆维吾尔自治区自然科学基金（2023D01A43）的财政支持。