基于1,3,6,8-四(4-吡啶基)芘与金纳米颗粒之间的荧光共振能量转移的高效荧光传感器，用于谷胱甘肽检测

《ACS Omega》：Efficient Turn-On Fluorescent Sensor Based on Fluorescent Resonance Energy Transfer between 1,3,6,8-Tetra(4-pyridyl)pyrene and Gold Nanoparticles for Glutathione Detection

荧光探针TTPY与金纳米颗粒（AuNPs）通过FRET机制实现谷胱甘肽（GSH）检测，GSH通过强Au-巯基结合竞争性置换TTPY，荧光恢复与GSH浓度线性相关，检测限低至54 nM，并成功应用于水果样本分析。

　　本研究提出了一种基于荧光共振能量转移（FRET）机制的新型荧光探针，用于检测食品中的谷胱甘肽（GSH）。该探针由有机荧光物质1,3,6,8-四（4-吡啶基）芘（TTPY）与金纳米颗粒（AuNPs）构成，通过FRET效应实现对GSH的高灵敏度和选择性检测。这种检测方法具有快速响应、低检测限以及简便的操作流程，为食品中抗氧化剂的分析提供了新的思路。

谷胱甘肽是一种重要的内源性非蛋白质硫醇，广泛存在于人体细胞中，具有强大的抗氧化能力。它在维持细胞生理功能、防止氧化损伤、调节细胞内氧化还原平衡、抑制癌症发生以及延缓衰老等过程中发挥着关键作用。因此，谷胱甘肽在人体健康和营养研究中具有重要意义。然而，在食品中检测谷胱甘肽的挑战在于，传统方法如高效液相色谱、电化学法、表面增强拉曼散射、比色法、质谱分析和毛细管电泳等，往往存在设备昂贵、操作复杂、耗时较长等问题。这限制了其在实际应用中的普及，特别是在食品快速检测和现场分析方面。因此，开发一种高效、低成本且操作简便的检测方法成为当前研究的热点。

为了应对这一挑战，研究人员利用了金纳米颗粒独特的光学和电子性质，结合有机荧光分子TTPY的特性，设计了一种基于FRET的荧光探针系统。TTPY是一种由芘衍生的有机荧光物质，具有较强的荧光发射能力，其最大发射波长为496纳米。当TTPY与金纳米颗粒结合时，由于FRET效应，TTPY的荧光会被有效淬灭。然而，当体系中存在GSH时，GSH会通过与金纳米颗粒表面的强硫醇-金配位作用，将TTPY从金纳米颗粒表面竞争性地置换下来，从而恢复TTPY的荧光发射。这种“关-开”型荧光响应机制使得该探针能够灵敏地检测GSH的存在及其浓度变化。

TTPY的合成采用了Suzuki–Miyaura偶联反应，该方法具有高效性和可重复性，能够确保TTPY的结构稳定和荧光性能优异。金纳米颗粒则通过柠檬酸盐进行稳定，使其在水溶液中具有良好的分散性和水溶性。在合成过程中，TTPY与金纳米颗粒的结合主要依赖于弱的氮-金配位作用和静电相互作用。这些作用力的协同效应使得TTPY能够有效地与金纳米颗粒结合，从而实现荧光淬灭。而在GSH存在的情况下，由于GSH与金纳米颗粒的结合能力远强于TTPY与金纳米颗粒的结合能力，TTPY被有效释放，荧光强度显著恢复，这一现象被用于定量分析GSH的浓度。

该探针系统表现出良好的水溶性和选择性，能够在复杂的食品基质中稳定工作。实验结果显示，该系统对GSH的检测限低至54纳摩尔，且在不同pH条件下具有优异的性能。当pH值在2.5至4.0之间时，探针的荧光响应最为稳定，能够提供清晰的信号变化。而在pH值高于5.0时，金纳米颗粒表面带负电，与TTPY的正电荷产生强烈的静电吸引，导致TTPY与金纳米颗粒结合过于紧密，从而阻碍了GSH对TTPY的置换，影响了检测灵敏度。因此，该系统在酸性条件下表现出最佳的检测性能。

此外，该探针系统在检测时间上也具有显著优势。当GSH被引入体系后，荧光强度在5分钟内迅速恢复，并在约9分钟时达到稳定状态。这种快速的响应能力使得该方法在食品检测中具备很高的实用性，能够满足现场快速分析的需求。同时，实验还验证了该探针对其他常见氨基酸的高选择性，表明其在复杂样品中的抗干扰能力较强。例如，在100微摩尔的其他氨基酸存在的情况下，TTPY的荧光恢复程度几乎不受影响，只有在GSH存在时才会发生显著变化。这一特性确保了该方法在实际应用中的可靠性。

为了进一步验证该探针的实用性，研究人员将其应用于三种实际食品样品的检测，包括菠萝、番茄和黄瓜。通过适当的样品前处理步骤，如清洗、剥离、提取和离心，样品中的GSH被成功检测。实验结果表明，该方法在不同食品样品中的回收率均较高，分别为黄瓜（89–101%）、番茄（97–107%）和菠萝（90–105%），相对标准偏差（RSD）均小于3%。这些数据表明，该探针不仅在实验室条件下表现出良好的性能，而且在实际食品检测中也具有较高的准确性和重复性，能够为食品中谷胱甘肽的定量分析提供有力支持。

在实际应用中，该探针的检测流程简单，无需复杂的样品前处理步骤，即可直接用于食品中GSH的检测。这种方法的操作条件温和，适用于各种食品基质，且能够实时监测GSH的浓度变化。这种便捷性和高效性使其在食品质量控制、营养评估以及食品安全检测等领域具有广阔的应用前景。同时，该方法的低检测限（54纳摩尔）也表明其在微量GSH检测中的优势，为食品中抗氧化剂的分析提供了新的技术手段。

本研究的创新之处在于，将TTPY与金纳米颗粒结合，利用FRET效应构建了一种新型的荧光探针系统。该系统不仅能够实现对GSH的高灵敏度检测，还具备良好的选择性和水溶性，适用于复杂的食品环境。此外，该方法的检测流程简单，检测时间短，能够满足食品检测中对快速、准确和低成本的需求。与传统方法相比，该方法无需复杂的仪器设备或繁琐的样品处理步骤，具有较高的实用性和可推广性。

本研究的成功表明，基于FRET的荧光探针系统在生物硫醇检测中具有巨大的潜力。通过合理设计探针的结构和功能，可以进一步提高其检测性能，拓展其在其他生物分子检测中的应用。同时，金纳米颗粒作为一种高效的荧光淬灭剂，其在生物传感领域的应用前景广阔。未来，可以进一步优化该探针的性能，提高其在不同环境下的稳定性，并探索其在更广泛的应用场景中的可能性，如医学诊断、环境监测和药物开发等领域。

总之，该研究为食品中谷胱甘肽的检测提供了一种新颖且高效的解决方案。通过结合有机荧光分子与金纳米颗粒的特性，构建了一种基于FRET的荧光探针系统，能够实现对GSH的高灵敏度、高选择性和快速检测。该方法的简便操作和低检测限使其在食品分析中具有显著优势，为未来的食品安全和营养研究提供了新的工具和思路。同时，该方法的原理和设计也为其他生物分子的检测提供了借鉴，有助于推动相关领域的技术进步和应用拓展。