ZnO-苯并咪唑复合材料对Zn2+和Mg2+离子的选择性检测：新型荧光传感器的设计与应用

研究人员针对Zn2+/Mg2+离子生理监测需求，设计了一种基于苯并咪唑衍生物（L1）与ZnO纳米纤维（ZnOnf）的新型复合材料（ZnOnf-L1）。该复合物通过光致电荷转移（PCT）机制，实现了对Zn2+（0–4 μM）和Mg2+（0–32 μM）的高灵敏度荧光检测，为神经退行性疾病和离子代谢紊乱的早期诊断提供了新工具。

　　

研究背景与意义
锌（Zn²⁺）和镁（Mg²⁺）离子是维持生命活动的关键元素，其浓度异常与阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病密切相关。然而，现有离子检测技术存在成本高、稳定性差等问题。苯并咪唑类化合物虽具有荧光特性，但易发生光漂白和降解。如何开发高稳定性、高选择性的荧光传感器成为研究难点。

研究设计与方法
波兰的研究团队通过4-叔丁基-2,6-二甲醛苯酚与2-(2-氨基苯基)-1H-苯并咪唑缩合合成L1，并采用电纺丝技术制备ZnO纳米纤维（ZnO_nf），最终构建ZnO_nf-L1复合材料。通过X射线晶体学、3D赫什菲尔德分析和DFT计算阐明结构-性能关系，利用光致发光光谱评估离子检测性能。

研究结果

1. 晶体结构与光学特性
   L1晶体中存在水分子的关键作用，其固态发射峰为487 nm，DFT计算证实发光源于烯醇式构型。

2. 离子检测性能
   L1在DMSO中对Zn²⁺（0.01–14.65 μM）和Mg²⁺（0.01–59.43 μM）具有响应，而ZnO_nf-L1复合材料将检测限提升至Zn²⁺ 0–4 μM（λ_em=427 nm）和Mg²⁺ 0–32 μM（λ_em=427 nm）。

3. 机制解析
   荧光增强归因于金属离子配位触发的光致电荷转移（PCT），ZnO_nf的引入显著提高了信号稳定性。

结论与展望
该研究发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》，首次将ZnO纳米材料与苯并咪唑衍生物结合，解决了传统荧光探针稳定性差的瓶颈问题。复合材料在生理浓度范围内的高灵敏度检测能力，为开发便携式离子检测设备奠定了基础。未来可通过优化配体结构进一步拓展其在多重离子同步检测中的应用。