用于单离子钡标记的二氮杂冠醚萘酰亚胺开启型荧光团对钡的选择性化学传感

本文研究钡的单分子荧光检测，以提升无中微子双贝塔衰变($0\nu\beta\beta$)在 $^{136}$Xe 中搜寻的灵敏度与稳健性；该过程的发现将改变我们对中微子本质及宇宙早期历史的理解。一个关键研发步骤是合成可整合入高压 $^{136}$Xe 气体进行中的实验的钡选择性化学传感器。我们在此报道含单氮杂-与二氮杂-冠醚的开启型荧光萘酰亚胺化学传感器，用于单 Ba$^{2+}$ 检测。单氮杂-18-冠-6 醚萘酰亚胺传感器主要对 Ba$^{2+}$ 与 Hg$^{2+}$ 敏感，而两种二氮杂-18-冠-6 醚萘酰亚胺则显示出对 Ba$^{2+}$ 的良好选择性。溶液相荧光与 NMR 实验支持光诱导电子转移机制，使钡离子存在时实现开启型荧光传感。离子-受体相互作用的变化实现了对竞争性钡、汞与钾离子的有效选择性，且详细计算正确预测了荧光响应。利用这些分子，通过无油显微技术实现了干燥相单 Ba$^{2+}$ 离子的开启型荧光成像。这代表了向在大量 $^{136}$Xe 体积内实用化单 Ba$^{2+}$ 检测方法的重要进展，有望实现搜寻假想 $0\nu\beta\beta$ 过程的无本底技术。