基于咪唑稠合四芳基乙烯的单分子多色光开关：光致变色、离子传感与应用创新

研究人员针对多刺激响应型光功能材料的开发难题，设计出三种咪唑稠合四芳基乙烯荧光探针（TPT-DPIo/TPT-PIo/TPT-PHIo），实现紫外光触发的超快光环化反应和CN- /F- 、Zn2+ /Cd2+ 的差异化检测，其大斯托克斯位移（Δλem =104 nm）和活细胞成像能力（存活率>90%）为环境监测与生物医学成像提供新型双功能平台。

　　

在环境监测和生物医学领域，开发能同时响应多重刺激的智能材料一直是研究热点。传统光开关材料如二芳基乙烯虽具有优异的热稳定性，但往往功能单一，难以实现离子识别与生物相容性的统一。更棘手的是，多数传感器无法区分结构相似的离子（如Zn²⁺
/Cd²⁺
），且缺乏可见光区颜色变化，限制了现场检测应用。针对这些瓶颈，江西师范大学的研究团队创新性地将四芳基乙烯（TAE）的聚集诱导发光（AIE）特性与咪唑环的离子识别能力相结合，设计出兼具光开关、离子传感和生物成像功能的单分子平台。

研究团队采用醛酮缩合反应合成TPT-DPIo、TPT-PIo和TPT-PHIo三种探针，通过核磁共振（NMR）、高分辨质谱（HRMS）验证结构。关键实验技术包括：紫外-可见光谱分析光致变色行为，荧光光谱检测Zn²⁺
/Cd²⁺
诱导的斯托克斯位移，试纸条法验证CN^-
/F^-
裸眼检测，以及MTT法评估细胞毒性（>90%存活率）。

光致变色与荧光特性
在正己烷溶液中，TPT-DPIo在323 nm处显示特征吸收，365 nm光照后发生光环化反应，伴随荧光增强现象。TPT-PHIo的发射波长从456 nm红移至560 nm（Zn²⁺
）或526 nm（Cd²⁺
），实现从深蓝到绿/黄的肉眼可辨变色。

离子检测应用
CN^-
/F^-
通过氢键作用引发TPT-DPIo溶液由无色变黄，而TPT-PHIo与Zn²⁺
结合产生104 nm的罕见大斯托克斯位移。试纸条实验证实其对10^-6
M级离子的快速响应，且Zn²⁺
/Cd²⁺
检测互不干扰。

生物相容性验证
TPT-PHIo在HeLa细胞中成功实现Zn²⁺
定位成像，低细胞毒性突破传统光敏材料的应用限制。

这项发表于《Dyes and Pigments》的研究首创了"离子门控光响应"机制：CN^-
/F^-
通过活化光环化反应实现信号放大，而Zn²⁺
结合诱导咪唑氮原子配位，改变分子内电荷转移（ICT）路径。这种单分子多色切换策略不仅为环境污染物监测提供便携式解决方案，其优异的生物相容性更开辟了活体重金属追踪的新途径。该工作被审稿人评价为"将AIE光开关从基础研究推向实际应用的典范"。