基于AIE活性的香豆素衍生物TXDS的汞离子比色/荧光双模式传感及固相原位快速检测

《Aggregate》：Colorimetric/Fluorescent Dual-Mode Sensing of Mercury Ions and Solid-Phase On-Site Fast Detection Using AIE-Active Coumarin Derivative TXDS

创新设计合成基于 coumarin 衍生物的探针 TXDS，通过硫代羰基与 Hg2? 强相互作用调控分子构型，实现 AIE 特性增强荧光信号。构建了 0.1–10 μM 高灵敏度荧光检测体系，结合颜色化学扩展至 10–100 μM，并通过机械研磨实现 20 秒内裸眼可见的汞离子检测。开发便携试纸和智能手机辅助检测平台，验证在复杂实际水样及土壤样本中的高效检测能力。同时发现 TXDO 在压力诱导下呈现 piezochromic 反应，为法医鉴定和信息加密提供新途径。

　　汞离子作为一种极具毒性的重金属污染物，广泛存在于环境中，具有极强的生物累积性，对人类健康和生态平衡构成严重威胁。因此，开发高灵敏度和高选择性的汞离子检测技术显得尤为迫切。本文围绕这一问题，提出了一种创新的检测方法，基于香豆素衍生物设计合成了一种新型荧光探针TXDS，并进一步研究了其在汞离子检测中的性能，同时探讨了其在其他领域的潜在应用，如压力响应材料和信息加密技术。

TXDS探针的开发突破了传统香豆素类探针存在的聚集诱导淬灭（ACQ）效应的限制，其通过引入三苯胺基团，构建了D-A（供体-受体）分子结构，并通过调控分子内构型锁定，有效提升了其荧光性能。这种结构设计使得TXDS在汞离子浓度范围0.1–10 μM内表现出优异的荧光响应，具有极高的灵敏度和选择性。此外，TXDS还具备双模式检测能力，即在固态和液态环境下均能实现对汞离子的高效识别，这种特性为环境监测提供了更为广泛的应用可能性。

在荧光特性方面，TXDS表现出显著的斯托克斯位移（Stokes shift）达到100 nm，这一现象意味着其吸收光谱与发射光谱之间具有较大的分离，有助于减少自吸收效应，提高信号与噪声比。这种高斯托克斯位移特性不仅增强了其在生物成像中的应用潜力，也使其成为高精度化学传感的理想候选材料。通过实验验证，TXDS在细胞成像中表现出良好的生物相容性和低毒性，能够在细胞内对汞离子进行特异性识别，从而实现对汞离子的实时监测，为相关疾病的早期诊断和病理机制研究提供了新的工具。

在实际应用中，TXDS还被用于构建便携式检测设备。通过将智能手机的摄像头模块与颜色识别软件相结合，研究人员开发了一种集成信号采集和定量分析的便携式检测平台。该平台能够通过裸眼观察实现对汞离子的快速识别，并结合智能手机的图像处理能力，将检测范围从0.1–1 μM扩展至10–100 μM，提高了检测的广泛性和实用性。同时，该方法不需要复杂的仪器设备，降低了检测成本，提高了检测的可及性，特别适用于资源有限的地区进行现场快速检测。

TXDS的另一种衍生物TXDO则展现了独特的压致发光（piezochromism）特性。通过机械力的作用，TXDO能够发生可逆的荧光变化，其颜色从绿色变为黄色，再进一步变为橙红色。这种特性使得TXDO在指纹识别和信息加密方面具有广阔的应用前景。在指纹分析中，TXDO能够通过颜色变化区分不同压力分布的指纹，从而提高指纹识别的准确性和可靠性。此外，TXDO还可用于构建多级信息解密系统，通过压力刺激和溶剂熏蒸的协同作用，实现信息的多层加密和解密，为信息安全领域提供了新的技术路径。

在环境样本检测方面，TXDS展现出强大的实际应用能力。研究人员将其应用于实际水体样本检测，例如长春市南湖公园的水样，结果表明TXDS在复杂环境矩阵中仍能保持良好的线性响应（R2=0.9998），且检测限低至12.67 nM，远低于饮用水中汞离子的国家标准（0.001 mg/L）。这一特性表明TXDS不仅适用于实验室环境下的汞离子检测，还能够在实际环境中实现对痕量汞离子的快速识别，为环境监测和水体污染治理提供了有力支持。

此外，研究人员还开发了一种基于机械化学的汞离子检测方法，通过将TXDS与土壤样本进行研磨处理，实现了在20秒内完成对汞离子的视觉分析。这种方法无需复杂的预处理或大型仪器，仅通过机械力即可触发反应，生成具有强荧光特性的TXDO。这一方法不仅提高了检测效率，还显著降低了试剂消耗和环境污染，符合绿色化学的发展理念。通过将TXDS应用于土壤样本检测，研究人员成功验证了其在实际环境监测中的可行性，为现场快速检测提供了可靠的技术方案。

本文还探讨了TXDS在多模式检测系统中的协同作用。通过结合荧光检测和颜色检测两种方法，TXDS不仅能够实现对汞离子的高灵敏度检测，还能够扩展检测范围，从而克服单一检测方法可能带来的假阳性或假阴性问题。这种多模式检测策略为环境监测提供了更全面的解决方案，能够更准确地反映汞离子的实际浓度变化。

综上所述，本文通过创新的分子设计和合成方法，成功构建了一种高效、稳定、可重复使用的汞离子检测探针TXDS。TXDS不仅在荧光性能和选择性方面表现出色，还具备多模式检测能力和绿色高效的检测优势，为汞离子的检测提供了全新的技术路径。同时，TXDO的压致发光特性也为指纹识别和信息加密等应用提供了潜在的解决方案。这些研究成果不仅突破了传统AIE材料在实际应用中的瓶颈，还为未来在环境监测、生物医学和信息安全等领域的研究奠定了坚实的基础。