1.4.1. Ion Hg2+
Thủy ngân được cơ quan đăng ký dịch bệnh và chất độc hại của Hoa Kỳ (ATSDR) xếp hạng thứ ba trong số các chất độc hại nhất [74]. Ion Hg2+ khơng bị phân hủy sinh học và có thể bị tích lũy sinh học, là nguyên nhân đe dọa nghiêm trọng đến môi trường sinh thái và sức khỏe con người. Độc tính của Hg2+ là do nó có ái lực mạnh với các nhóm thiol trong protein và enzyme nội bào, dẫn đến rối loạn các chức năng của cơ thể sống [1],[75]. Nhiễm độc Hg2+ có thể gây ra stress oxy hóa (Oxidative stress), rối loạn chức năng ty thể, thay đổi cân bằng canxi trong nội bào [76]. Sự tích tụ thủy ngân trong tim mạch được cho là nguyên nhân gây ra bệnh cơ tim. Thủy ngân tấn công hệ thần kinh trung ương, hệ nội tiết, ảnh hưởng tới miệng, các cơ quai hàm và răng. Phơi nhiễm thủy ngân kéo dài gây ra các tổn thương não và dẫn đến tử vong. Hơn nữa, phơi nhiễm thủy ngân trước khi sinh có thể ảnh hưởng cấp tính đến sự phát triển thần kinh của phơi và thai nhi, do đó phụ nữ mang thai là nhóm có nguy cơ cao về phơi nhiễm thủy ngân [77]. Theo cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) mức tối đa cho phép của thủy ngân trong nước uống là 10 nM [78]. Thủy ngân được thải ra môi trường bởi các hoạt động tự nhiên và con người. Việc giải phóng thủy ngân bởi hoạt động tự nhiên chủ yếu là do xói mịn, núi lửa và cháy rừng; trong khi phát thải do con người gây ra chủ yếu do hoạt động khai thác mỏ, hóa chất nơng nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch, cơng nghiệp luyện kim và sản xuất thủy ngân, vàng [79].
Các phương pháp phát hiện thủy ngân thường được sử dụng là quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ nguyên tử plasma kết hợp cảm ứng (ICP- AES), quang phổ khối plasma kết hợp cảm ứng (ICP-MS). Tuy nhiên chúng thường đòi hỏi kỹ thuật chuẩn bị mẫu phức tạp, thiết bị có độ chính xác cao và người vận hành được đào tạo bài bản, điều này gây khó khăn khi thực hiện trực tiếp các phép đo tại hiện trường. Trong những năm gần đây, sensor huỳnh quang đã được ứng dụng để phát hiện Hg2+ trong các hệ sinh học và mơi trường vì tính tiện lợi, phản ứng nhanh và có độ nhạy cao. Nhiều sensor huỳnh quang phát hiện chọn lọc ion Hg2+ đã được công bố, hoạt động dựa vào phản ứng tạo phức giữa ion Hg2+ với phân tử sensor [80-84]. Ngồi ra các sensor có thể hoạt động dựa vào phản ứng đặc trưng của Hg2+
như phản ứng chuyển đổi nhóm thiocarbonyl thành nhóm carbonyl [85],[86]; phản ứng của Hg2+ với nhóm thioether [87],[88] và phản ứng thủy phân được xúc tác bởi Hg2+ [89],[90].
1.4.2. Ion Cu2+
Đồng là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho hầu hết các dạng của sự sống và là kim loại chuyển tiếp phổ biến thứ ba trong cơ thể người [91],[92]. Đồng đóng vai trị quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý cơ bản ở các sinh vật khác nhau từ vi khuẩn đến động vật có vú, liên quan đến các q trình chuyển hóa năng lượng, vận chuyển, hoạt hóa oxy và truyền tín hiệu [93],[94]. Bên cạnh đó, đồng cịn có vai trị như một yếu tố trợ xúc tác (cofactor) trong hoạt động của nhiều enzyme [95]. Đồng có thể có hai trạng thái oxy hóa trong các hệ sinh học là Cu2+ và Cu+. Quá trình oxy hóa khử của đồng rất quan trọng đối với một số quá trình sinh lý. Việc sử dụng rộng rãi đồng trong đời sống và công nghiệp dẫn đến Cu2+ trở thành chất gây ô nhiễm môi trường. Mức độ khơng được kiểm sốt của đồng có thể gây ra stress oxy hóa (oxidative stress) và độc tính trong các tế bào [95]. Rối loạn cân bằng chuyển hóa đồng trong nội bào có liên quan đến bệnh tật, bao gồm rối loạn thần kinh, bệnh Alzheimer, bệnh teo cơ, bệnh Parkinson, bệnh Menkes và Wilson [96-98]. Các tế bào phải duy trì nồng độ tối ưu và tích trữ đồng bằng cách điều tiết chặt chẽ sự hấp thu, phân phối và lưu trữ đồng. Theo cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) mức tối đa cho phép của đồng trong nước uống là 1,3 ppm [99].
Nhiều sensor huỳnh quang phát hiện chọn lọc ion Cu2+ đã được công bố [100-102]. Phần lớn các sensor này sử dụng fluorophore là dẫn xuất của rhodamine, anthracene, BODIPY, calix[4]arenes, coumarin, fluorescein, dansyl, naphthalene, quinoline và benzimidazole [102]. Cơ chế tương tác của hầu hết các sensor này là dựa trên phản ứng tạo phức giữa phân tử sensor với ion Cu2+.