基于β-咔啉平台的新型荧光探针用于锌离子的选择性检测：合成、活细胞成像及计算研究

《Analyst》：β-Carboline platform-based novel fluorescent probes for the selective detection of zinc ions: synthesis, live-cell imaging and computational studies

β-咔啉荧光探针CS1–CS3通过配位 sphere优化实现高选择性Zn2?检测（检测限0.38–4.5 nM），基于PET机制荧光增强达14.6倍，并成功应用于WiDr细胞成像。

　　

体内锌离子（Zn²⁺）的失衡可能导致细胞状态异常。因此，在生物系统中对锌离子（Zn²⁺）进行可视化与追踪是非常必要的。尽管已有许多基于光诱导电子转移（PET）原理的锌离子传感器，但其中许多传感器存在锌离子选择性差的问题，或者合成过程较为繁琐。在此，我们报道了一种基于β-咔啉平台的荧光探针（CS1–CS3）的设计与合成方法，这些探针可用于检测水溶液和活细胞中的锌离子（Zn²⁺）。这些探针的配位结构包含三个固定的碱性结合氮原子以及不同的配位基团，这种结构能够实现最佳的配位几何形态，从而显著提高锌离子的选择性。与多种竞争性金属离子相比，这些探针对锌离子的选择性更强，检测限在0.38 nM至4.5 nM之间。其工作原理基于PET机制：当锌离子（Zn²⁺）与CS1–CS3探针溶液接触时，荧光强度分别增强了5.0倍、6.5倍和14.6倍，同时颜色从蓝色变为亮青色。密度泛函理论（DFT）计算表明，这些探针与锌离子形成的复合物具有热力学稳定性，且呈三角双锥形结构，其中CS3/Zn²⁺复合物的稳定性最高。此外，¹H-NMR光谱分析也证实了这些探针与锌离子形成了稳定的复合物；自由态探针与锌离子复合物的光谱存在明显差异。这些探针还具有低毒性和可逆的荧光切换特性，并已被用于监测WiDr细胞中的锌离子浓度。因此，这些探针在生物系统和环境中的锌离子选择性检测方面具有巨大潜力。