一种双功能肽探针，用于铜(II)离子和盐酸氯四环素的荧光及比色检测

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A dual-functional peptidyl probe for fluorescent and colorimetric detection of copper(II) ions and chlortetracycline hydrochloride

本研究开发了一种双功能荧光和颜色指示肽探针FPGH，可高灵敏度检测环境中的Cu2?（LOD 32.6nM）和四环素类抗生素CTC（LOD 44.0nM），并成功应用于实际水样和生物系统，结合便携试纸和智能手机颜色识别App实现快速半定量检测。

　　铜离子（Cu2?）和氯四环素（CTC）作为环境和生物系统中的重要污染物，其检测在生态安全和人体健康领域具有重要的意义。Cu2?在生理过程中扮演着不可或缺的角色，例如参与代谢、生物合成以及细胞呼吸等关键反应。然而，Cu2?的代谢失衡可能导致一系列健康问题，如骨骼发育不良、心血管疾病和神经系统疾病等。同时，CTC作为一种广谱抗生素，在农业和医疗领域广泛应用，但其滥用可能导致环境污染和耐药菌株的出现。因此，开发一种能够高效、灵敏、选择性地检测这两种污染物的工具显得尤为迫切。

在众多检测技术中，荧光检测因其高灵敏度、强特异性以及便于实时监测等优势，成为当前研究的热点。然而，现有的荧光探针在检测Cu2?和CTC方面仍存在一些不足。一方面，许多探针仅适用于单一污染物的检测，缺乏同时监测多种污染物的能力；另一方面，部分探针的合成过程复杂，且在实际水样和生物系统中的应用受限。此外，虽然一些探针具备荧光响应特性，但缺乏与之配套的可视化检测手段，难以在实验中进行快速验证。因此，研究开发一种兼具荧光和比色响应功能的双模式探针，对于提升检测效率和准确性具有重要意义。

本研究中，科学家们设计并合成了一种名为FPGH的双功能荧光与比色探针，该探针基于5-羧基荧光素（5-FAM）荧光团与三肽受体（Pro-Gly-His-NH?）的结合。通过实验验证，FPGH在检测Cu2?时表现出显著的荧光“关断”效应和颜色变化，且其检测限（LOD）仅为32.6纳摩尔，显示出极高的灵敏度。与此同时，当FPGH与Cu2?结合后形成的复合物（FPGH-Cu2?）在检测CTC时表现出“开启”式的荧光增强和颜色变化，其检测限为44.0纳摩尔。这种双模式响应机制不仅提高了检测的准确性，也为环境和生物系统的现场检测提供了新的思路。

FPGH探针的优势不仅体现在其检测性能上，还在于其在实际应用中的可行性。该探针在生物系统中表现出良好的渗透性和低细胞毒性，使其能够应用于活细胞和斑马鱼胚胎的荧光成像实验。此外，FPGH还被成功应用于真实水样中的检测，且在不同光照条件下，通过制备便携式试纸条，实现了肉眼可见的定性检测。这一成果为环境监测和现场快速检测提供了便捷的工具，尤其是在缺乏专业设备的情况下，能够帮助公众和基层人员更有效地识别污染物的存在。

为了进一步提升检测的智能化水平，研究团队还构建了一个基于智能手机的比色识别应用程序平台。该平台利用FPGH在不同浓度下的颜色变化特征，结合智能手机的摄像头和图像处理技术，实现了对Cu2?和CTC的半定量分析。这种创新的应用方式不仅降低了检测成本，还提高了检测的便捷性和可操作性，使得普通用户也能通过简单的操作获取准确的检测结果。

FPGH探针的设计理念体现了多学科交叉的特点。在化学合成方面，研究人员采用了固相肽合成（SPPS）和荧光修饰技术，确保了探针的结构稳定性和功能完整性。在材料科学领域，5-FAM作为荧光团因其优异的光物理和光化学性能被广泛使用，包括长的荧光寿命、高荧光量子产率以及宽的吸收和发射光谱范围。这些特性使得FPGH能够在复杂的环境和生物体系中保持良好的检测性能。同时，FPGH在比色响应方面也表现出独特的性能，能够在不同浓度下产生可识别的颜色变化，从而为多模式检测提供了理论基础。

在实际应用中，FPGH探针的性能得到了充分验证。首先，通过荧光选择性实验，研究人员发现FPGH对Cu2?具有极高的选择性，而其他金属离子对荧光强度的影响较小。这表明FPGH能够有效区分Cu2?与其他常见金属离子，减少了干扰因素对检测结果的影响。其次，FPGH在检测CTC时表现出“开启”式的荧光增强和颜色变化，进一步验证了其在不同污染物检测中的适用性。这种“关断-开启”的双模式响应机制为同时检测多种污染物提供了可能。

此外，FPGH在生物系统中的应用也得到了关注。研究人员通过荧光成像实验，观察到FPGH能够持续监测Cu2?和CTC在生物体内的分布情况。这一发现不仅为环境和生物污染的监测提供了新的工具，也为相关疾病的早期诊断和治疗提供了参考依据。同时，FPGH的低细胞毒性使其在生物检测中具有更高的安全性，为未来在生物医学领域的应用奠定了基础。

在便携式检测方面，FPGH探针的试纸条设计展现了其在实际应用中的灵活性和实用性。通过将FPGH与试纸条结合，研究人员实现了无需复杂仪器即可完成污染物的初步检测。这种简单的检测方式不仅适用于实验室环境，也适用于野外调查和现场快速筛查，极大地拓展了检测的应用范围。试纸条的便携性和可视化特性，使其在环境监测和食品安全检测中具有广阔的应用前景。

智能手机作为现代科技的重要组成部分，其在环境监测中的应用也逐渐受到重视。本研究中，基于FPGH的颜色变化特性，研究人员开发了一个智能手机辅助的比色识别应用程序。该程序能够通过摄像头捕捉试纸条的颜色变化，并利用图像处理算法进行分析，从而实现对污染物浓度的半定量评估。这一技术的应用不仅提高了检测的智能化水平，也为未来环境监测设备的开发提供了新的方向。智能手机的普及使得这一检测平台具有更高的可及性和应用价值，特别是在资源有限的地区，能够为公众提供可靠的检测手段。

FPGH探针的开发过程充分体现了科学探索的系统性和创新性。在合成阶段，研究人员通过优化反应条件和纯化步骤，确保了探针的高纯度和稳定性。在功能测试阶段，通过对比色和荧光响应的综合分析，验证了探针在不同污染物检测中的性能。在实际应用阶段，通过生物成像实验和真实水样检测，进一步证明了探针的可靠性。最后，在便携式检测和智能手机辅助分析方面，研究人员将传统化学检测与现代信息技术相结合，为环境监测和生物检测提供了更加高效和便捷的解决方案。

综上所述，FPGH探针的开发不仅解决了现有检测技术中的一些局限性，还为环境和生物污染物的检测提供了新的思路和方法。其双功能响应机制、高灵敏度和选择性，以及便携式检测平台的构建，使得FPGH在实际应用中具有显著的优势。未来，随着相关技术的不断发展和完善，FPGH探针有望在更多领域得到应用，为环境保护和人类健康提供有力的支持。