基于新型席夫碱化合物的双模式传感平台：通过下转换和近红外激发上转换发光实现锌离子检测及HeLa细胞成像

　　研究人员针对传统Zn2+ 荧光探针组织穿透性差、背景干扰强等问题，开发了基于硅氧烷席夫碱化合物oBSIA的双模式传感平台，整合下转换荧光与近红外激发上转换发光（NIR-FUCL），实现Zn2+ 检测灵敏度提升30倍、量子产率增加500%，并成功应用于HeLa细胞的无创成像，为生物传感提供新策略。

　　

锌离子(Zn²⁺
)作为生命体必需的微量元素，参与DNA合成、代谢调控等关键生理过程，但其过量积累会引发细胞毒性。传统检测方法如原子吸收光谱操作复杂，而常规荧光探针又面临合成困难、水溶性差、组织穿透深度不足等瓶颈。更棘手的是，生物组织对可见光的强散射和自发荧光干扰，严重制约了活体成像的分辨率。如何开发兼具高灵敏度、深组织穿透性和生物相容性的Zn²⁺
检测技术，成为生物医学领域的重大挑战。

针对这一难题，中国研究团队设计出两种含硅氧烷的席夫碱化合物pBSIA和oBSIA。这类化合物不仅具备席夫碱特有的强配位能力，其硅氧烷结构还赋予其独特的蓝光上转换特性——能将长波近红外光(NIR)转化为短波蓝光，突破传统荧光成像的穿透极限。研究发表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》的成果表明，oBSIA与Zn²⁺
结合后荧光强度激增30倍，绝对量子产率提升超500%，并首次实现NIR激发的HeLa细胞双模式成像，为活体检测提供新范式。

关键技术方法
团队通过一锅法缩合反应合成pBSIA/oBSIA，利用紫外-可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱和密度泛函理论(DFT)分析光学性质；采用MTT法评估细胞毒性；通过共聚焦显微镜实现细胞Zn²⁺
的双模式成像（下转换荧光与NIR激发上转换发光）。

研究结果

1. 材料设计与合成
以1,3-二氨丙基四甲基二硅氧烷(MM^NH2
)为胺源，分别与对/邻羟基苯甲醛缩合，获得具有刚性共轭结构的pBSIA和oBSIA。DFT计算揭示其分子轨道能级差与蓝光发射特性匹配。

2. 荧光增强机制
oBSIA与Zn²⁺
结合后，分子内电荷转移(ICT)效应受阻，导致荧光"开启"。相比游离态，复合物的斯托克斯位移缩小57 nm，荧光寿命延长至4.8 ns，证实配位后分子刚性增强。

3. 双模式检测性能
在PBS缓冲液中，oBSIA对Zn²⁺
的检测限达8.7 nM，且不受Na⁺
/K⁺
等干扰。上转换模式在808 nm激光激发下，发射峰位于470 nm，穿透深度比传统荧光提升3倍。

4. 细胞成像应用
MTT实验显示oBSIA在50 μM浓度下细胞存活率>90%。共聚焦成像成功捕获HeLa细胞内Zn²⁺
分布，上转换模式显著降低背景荧光，信噪比提高12倍。

结论与意义
该研究创新性地将硅氧烷的机械稳定性与席夫碱的配位特性结合，开发出首个能实现NIR-to-blue上转换的Zn²⁺
探针。其双模式设计既保留常规荧光检测的定量优势，又通过NIR激发突破组织穿透限制，为深部肿瘤诊断提供新工具。更深远的是，这类硅氧烷-席夫碱杂化分子为设计生物相容性光学材料开辟了新路径，未来或可拓展至其他金属离子检测与多模态成像领域。