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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2507.04965 (cond-mat)
[提交于 2025年7月7日 ]

标题: 基于吡啶并咪唑的钌(II)配合物作为光学传感器:靶向氰化物检测和活细胞成像应用

标题: A Pyridyl-Benzimidazole Based Ruthenium(II) Complex as Optical Sensor: Targeted Cyanide Detection and Live Cell Imaging Applications

Authors:Sudhanshu Naithani, Franck Thetiot, Vikas Yadav, Saakshi Saini, Partha Roy, Samar Layek, Tapas Goswami, Sushil Kumar
摘要: 氰化物(\ce{CN^-})离子在多种环境介质中的极端毒性引起了人们对设计结构有序的分子探针用于其选择性和灵敏检测的广泛关注。在此背景下,我们提出了一种单金属Ru(II)配合物(Ru-1),基于2-(吡啶-2-基)-1H-苯并[d]咪唑部分,在纯水中作为\ce{CN^-}识别的高选择性荧光探针。此外,当使用乙腈作为溶剂体系时,Ru-1还可作为\ce{F^-}、\ce{AcO^-}和\ce{H2PO4^-}离子以及\ce{CN^-}的高效传感器。 结合常数($K_b$)和检测限(LoD)对于\ce{CN^-}分别被确定为$3.05 \times 10^6$~M$^{-1}$和12.8~nM,在水中。 N--H位点与Ru(II)中心的接近以及其显著的酸性被确定为Ru-1在水介质中对\ce{CN^-}高选择性的主要因素。 进行了Job's图和密度泛函理论(DFT)分析以支持阴离子结合机制。 此外,时间分辨荧光(TRF)光谱法被用于评估Ru-1在水中由\ce{CN^-}引起的发射寿命变化。 为了探索实际应用性,Ru-1探针被开发成基于纸张的条带,能够在365~nm紫外照射下通过肉眼检测\ce{CN^-}离子,在毫摩尔范围内。 它也有效地用于检测人乳腺癌MCF-7细胞系和天然食物来源中的\ce{CN^-},例如苹果种子和发芽的土豆。
摘要: The extreme toxicity of cyanide (\ce{CN^-}) ions in diverse environmental media has garnered significant attention toward the design of well-organized molecular probes for their selective and sensitive detection. In this context, we present a monometallic Ru(II) complex (Ru-1), based on the 2-(pyridin-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole moiety, acting as a highly selective luminescent probe for \ce{CN^-} recognition in pure water. Additionally, Ru-1 also functions as an efficient sensor for \ce{F^-}, \ce{AcO^-}, and \ce{H2PO4^-} ions, along with \ce{CN^-}, when acetonitrile is used as the solvent system. The binding constant ($K_b$) and detection limit (LoD) for \ce{CN^-} were determined to be $3.05 \times 10^6$~M$^{-1}$ and 12.8~nM, respectively, in water. The close proximity of the N--H site to the Ru(II) center, along with its notable acidity, were identified as the primary factors responsible for the high selectivity of Ru-1 toward \ce{CN^-} in aqueous media. Job's plots and density functional theory (DFT) analyses were conducted to support the anion binding mechanism. Furthermore, time-resolved fluorescence (TRF) spectroscopy was employed to evaluate the \ce{CN^-}-induced emission lifetime change of Ru-1 in water. To explore practical applicability, the Ru-1 probe was developed into paper-based strips capable of detecting \ce{CN^-} ions in the millimolar range via the naked eye under 365~nm UV illumination. It was also effectively applied for the detection of \ce{CN^-} in human breast cancer MCF-7 cell lines and natural food sources, such as apple seeds and sprouting potatoes.
评论: 26页,6图,66参考文献
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2507.04965 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2507.04965v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.04965
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 453, 115610 (2024)

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来自: Samar Layek [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 7 日 13:07:40 UTC (1,805 KB)
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