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【Sci.Rep.】近红外，点亮型铜离子荧光探针，检测限低至0.33 μM ​

总结 ​

本研究报告了一种新型的基于甲基蓝的NIR（近红外）荧光探针MB-M，用于选择性检测铜（II）离子，并在活细胞成像中应用。

摘要 ​

研究人员合成了一种新型的NIR荧光探针MB-M，该探针基于甲基蓝荧光基团，具有高度的选择性和灵敏性，能够对铜（II）离子进行快速响应（5分钟内）和高效检测。MB-M探针在pH范围为2.0至7.0时对铜离子的检测具有良好的稳定性，检出限为0.33µM。该探针的响应机制涉及铜离子促进的酰胺键水解，形成氧化的甲基蓝，从而导致荧光强度显著增加。MB-M探针还被用于检测生活中的铜离子，如池塘水和纸条检测，以及在活细胞（HepG-2细胞）中进行成像，证明了其在生物学应用中的潜力。此外，研究还通过DFT计算研究了探针与铜离子之间的相互作用，包括NCI、QTAIM、NBO和FMO分析，以及电子结构的变化，进一步证实了探针对铜离子的高度灵敏性。

观点 ​

  • 铜离子在人体和环境中的重要性，以及其过量或缺乏与疾病的关系，如库欣病和铜依赖性细胞死亡（Cuproptosis）。

  • 传统的铜离子检测方法存在时间消耗大、成本较高以及需要专业人员操作的问题。

  • 荧光方法具有优异的选择性、灵敏性和实时检测等优点，而MB-M探针的开发对于实现铜离子的“点亮”检测具有重要意义。

  • MB-M探针的设计解决了现有探针存在的短波长、水溶性不佳和响应时间较长的问题。

  • MB-M探针对铜离子的检测依赖于其在NIR区域的荧光响应，该响应是通过铜离子促进的酰胺键水解实现的。

  • MB-M探针展现了在广泛的pH范围内对铜离子的高选择性和快速响应时间（5分钟）。

  • MB-M探针的响应机制不是通过与铜离子形成复合物，而是通过水解反应，这一点通过对MB-M与铜离子反应后的产物进行HR-MS和HNMR分析得到证实。

  • 实验结果表明，MB-M探针能够在真实水样中检测铜离子，并且能够通过纸条测试进行快速检测。

  • MB-M探针在HepG-2细胞中的应用证明了其对活细胞成像的潜力，并且可能用于研究铜离子在细胞中的代谢过程。

  • DFT计算显示，MB-M探针与铜离子之间存在化学吸附，这一点通过NCI、QTAIM、NBO和FMO分析以及电子结构的变化得到了验证。

  • 该研究强调了MB-M探针在环境监测和生物医学领域中的应用前景，并且可能在研究铜离子引起的细胞死亡机制中发挥作用。

参考文献 ​

Ahmed, N.; Liu, J.; Xu, X.; Hussain, A.; Mustafai, A.; Yar, M.; Ayub, K.; Alothman, A. A.; Mohammad, S.; Ye, Y.; Shafiq, Z. An Activatable NIR Turn-on Fluorescent Probe for Copper (II) Ion and Live Cell Imaging. Sci Rep 2024, 14 (1), 19068. https://doi.org/10.1038/s41598-024-70052-y.