Zhen Yan, Rongrong Zhang, Min Qiao, Miao Ma, Taihong Liu,* Liping Ding,* and Yu Fang. Anal. Chem. 2024, 96, 13801−13810 DOI: 10.1021/acs.analchem.4c01287

重金属离子的痕量测定和毒性评价在水质监测、医疗诊断、食品安全控制等领域得到了广泛关注，其在特定条件下的最大污染水平应严格遵循世界卫生组织（WHO）指南。在多种三价金属离子（M³⁺）中，Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺等广泛参与生物生理活动或存在于我们的生活中。另一方面，异常浓度的M³⁺可能阻碍其在生理过程中的正常活动，对健康造成严重危害。因此，跟踪环境和生物系统中的M³⁺离子具有重要意义。荧光传感器因其操作简单、灵敏度高、实时检测等优点而引起持续的关注。已有大量基于特定波长荧光变化的研究报道，但选择性和区分识别能力的问题可能会限制其实际应用。单组分荧光传感器阵列和双发色团探针凭借其多发射带、比率型变化和交互响应的优势，近年来成为具有吸引力的工具，在一定程度上有利于解决上述问题。

罗丹明单元（Rhodamine, RhB）具有从无色闭环的螺内酯结构到强橙色开环结构的显著转变，其刺激响应开关特性被广泛应用到各种分析物的传感体系构建。四苯乙烯（TPE）类似物在单分子状态下无荧光或弱发射，但在聚集态下由于分子内旋转（RIR）的限制而强发射。TPE作为天然的自组装结构单元，其光物理性质可以通过分子聚集行为进行调节。本工作开发了一种双发色团探针（RhB-TPE），通过分析RhB与TPE单元的双发色团强度比、RhB单元的刺激开关、TPE单元的聚集程度，以及集成两个功能单元之间的FRET效率，构建一个多信号传感平台（图1）。探针自身在ACN/H₂O中呈球形聚集体，进而表现出显著的聚集诱导发光性能。通过与两种不同浓度的阴离子表面活性剂SDBS共组装，进一步构建了基于单一探针的传感器阵列。遵循表面活性剂调控策略，该阵列对水介质中的三种M³⁺离子（Fe³⁺，Al³⁺和Cr³⁺）表现出交互响应和区分识别能力。这种交互响应差异归因于M³⁺对从TPE到开环型RhB的有效FRET过程的影响。在特异性Al³⁺共存所形成的阵列进一步可用于区分不同类型的品牌水（图2）。

图1 （a）TPE单分子态呈现弱发射，由于RIR聚集态呈现强发射；（b）罗丹明螺内酰胺单元在分析物刺激下从无荧光闭环形态向荧光开环形态的转变；（c）基于单一探针的二元传感器阵列鉴别M³⁺的示意图。

图2 （a）传感器元件NS2在不同品牌水中的荧光发射光谱；传感器阵列2对9种不同的饮用水样品（1-9）通过收集在480和585 nm的荧光变化的响应图:（b）四信号指纹图谱，（c）雷达图，（d）PCA图；NS1-1和NS1-2分别是从传感器单元NS1获得的lg(I₄₈₀/I_480,0)和lg(I₅₈₅/I₄₈₀)；NS2-1和NS2-2由传感器单元NS2获得；（e）传感器阵列2在不同水样中的可视化照片（1-9），左：NS1;右：NS2。

第一作者：BV伟德官方网站博士研究生闫珍

通讯作者：BV伟德官方网站丁立平教授，刘太宏副教授

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c01287