环烯-芘耦合荧光探针选择性检测Sn2+及其生物成像应用

研究人员针对Sn2+检测技术不足的问题，开发了一种基于环烯-芘的荧光探针L，通过CHEF效应和PET抑制实现Sn2+的高选择性（检测限7.71 nM）和可视化检测，并成功应用于活细胞及斑马鱼成像，为环境监测和生物医学研究提供了新工具。

　　

锡离子（Sn²⁺）作为工业生产和农业杀虫剂中的常见成分，其过量暴露会导致人体急性中毒和生态累积。尽管世界卫生组织（WHO）对饮用水中的Sn²⁺浓度设定了严格标准（8.4×10^?4至8.4×10^?3 M），但现有检测技术存在灵敏度低、操作复杂等问题。尤其在水体和土壤中，Sn²⁺难以降解的特性可能通过食物链威胁人类健康。因此，开发高效、便捷的Sn²⁺检测工具成为环境科学和生物医学的迫切需求。

针对这一挑战，印度Nazareth Margoschis College的研究团队设计了一种新型荧光探针2,2′-(7,10-双(芘-1-基甲基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4-二基)二乙酸（L）。该探针通过环烯（cyclen）与芘（pyrene）的耦合结构，在乙醇/HEPES缓冲液（5 mM, pH 7.2）中实现对Sn²⁺的特异性识别。当Sn²⁺与L结合时，螯合增强荧光效应（CHEF）抑制了光诱导电子转移（PET），导致荧光显著增强（检测限7.71 nM），并伴随肉眼可见的无色至深红色变化。研究通过FT-IR、¹H NMR和DFT计算验证了结合机制，ESI-MS证实了1:1的化学计量比。此外，L成功应用于实际水样检测、试纸开发，并在MCF-7细胞和斑马鱼模型中实现了Sn²⁺的动态成像，为环境监测和生物医学研究提供了多功能工具。

关键技术方法
研究采用紫外-可见光谱（UV-Vis）和荧光光谱（Jasco FP-8300）分析探针光学性能；通过核磁共振（¹H/¹³C NMR）和质谱（ESI-MS）表征结构；利用MTT法评估细胞毒性；以斑马鱼为模型进行活体成像（Olympus IX73显微镜）。

研究结果

1. 合成与结构表征
   探针L通过两步反应合成，产率达90%。FT-IR显示羧酸振动峰（3304 cm^?1），¹H NMR中芘基质子信号（δ 7.72–8.22 ppm）证实结构。

2. 选择性检测
   L对Sn²⁺的响应强度远超其他金属离子（如Na⁺、Cu²⁺），荧光增强倍数达12倍，且不受常见干扰物影响。

3. 生物应用
   MTT实验表明L在0.1–100 μM浓度下对MCF-7、HeLa细胞无显著毒性（存活率>85%）。斑马鱼成像显示Sn²⁺在消化系统的富集可被L实时追踪。

结论与意义
该研究开发的探针L兼具高灵敏度、选择性和生物相容性，突破了传统Sn²⁺检测技术的局限性。其双重信号输出（荧光/比色）和活体成像能力，为环境污染物监测、毒理学研究及临床诊断提供了创新方法。论文发表于《Inorganic and Nuclear Chemistry Letters》，为重金属检测领域树立了新标杆。