基于吡嗪-2-甲酰胺的比色传感器用于水介质中铜离子的高选择性检测及抗菌活性研究

本研究针对环境水体中Cu2+检测存在的选择性差、响应慢等问题，开发了新型比色传感器N-(2-乙氧基苯基)吡嗪-2-甲酰胺(Lpz-2-OEt)。该传感器在乙腈中对Cu2+表现出1.10×10?5 M的检测限和4.14×109 M?2的结合常数，可实现裸眼可视化的快速检测，并首次发现其Cu2+配合物对金黄色葡萄球菌具有特异性抗菌活性，为环境监测与抗菌材料开发提供了双功能平台。

　　

铜离子（Cu²⁺）作为生命必需微量元素，在酶催化、神经传导等生理过程中发挥关键作用，但过量暴露会导致肝肾功能损伤和神经系统疾病。工业废水排放造成的水体铜污染已成为威胁生态安全和公众健康的重要问题。传统检测方法如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）虽精度高，但存在设备昂贵、操作复杂等局限性。比色传感器因其成本低、便于现场检测等优势成为研究热点，但现有Cu²⁺传感器普遍面临选择性不足、抗干扰能力差等挑战。

达姆甘大学和沙赫鲁德理工大学的研究团队设计合成新型吡嗪-2-甲酰胺衍生物L^pz-2-OEt，通过单晶X射线衍射、紫外可见光谱（UV-Vis）和密度泛函理论（DFT）计算系统研究其传感性能，相关成果发表于《Journal of Water Process Engineering》。该传感器与Cu²⁺形成2:1配位比的[Cu(L^pz-2-OEt)₂(η²-NO₃)₂(H₂O)]配合物，晶体结构解析显示其具有扭曲五角双锥（6+1）配位构型。

关键技术方法
采用缩合反应合成L^pz-2-OEt并通过慢挥发法培养单晶；使用Job's plot确定配位比；通过Hirshfeld表面分析研究分子间作用；采用微量肉汤稀释法评估抗菌活性；结合DFT计算优化基态几何构型并预测非线性光学（NLO）性质。

研究结果

1. 选择性检测：L^pz-2-OEt在17种金属离子中仅对Cu²⁺产生无色至黄色的显著变色，抗干扰实验证实其高特异性。
2. 配位机制：X射线衍射揭示Cu²⁺与两个配体的吡嗪氮、酰胺氧及双齿硝酸根形成七配位结构，DFT计算支持该构型稳定性。
3. 抗菌性能：Cu²⁺配合物对表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）的最低抑菌浓度（MIC）为32 μg/mL，显著优于游离配体。
4. 可逆性验证：加入乙二胺四乙酸（EDTA）后黄色消退，证实传感器可重复使用至少5次。

结论与意义
该研究首次将L^pz-2-OEt应用于Cu²⁺检测，其1.10 μM的检测限满足WHO饮用水标准（2 mg/L）要求。晶体学与DFT计算的结合为配位机制提供了原子级解释，而发现的特异性抗菌活性拓展了功能应用场景。这种集检测-抗菌于一体的双功能系统，为发展便携式水质检测工具和新型抗菌剂提供了新思路，特别适用于资源有限地区的环境健康监测。