中性红功能化的上转换纳米颗粒作为比率荧光纳米探针，用于高灵敏度和高精度检测牛肝脏中的醋酸美格司醇

《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》：Neutral red functionalized upconversion nanoparticles as ratiometric luminescence nanoprobes for high sensitively and precisely sensing megestrol acetate in bovine liver

基于中性红修饰的稀土上转换纳米颗粒与光谱共振能量转移（LRET）构建比率发光纳米探针，实现马激素醋酸酯（MA）的高灵敏度检测，检测限0.81 μM，在牛奶、胎牛血清及肝脏样本中验证有效，提供环境友好型激素残留分析方法。

　　本文介绍了一种基于比值荧光纳米探针的高效检测方法，用于检测食物和环境中可能存在的甲地孕酮（Megestrol Acetate, MA）残留。甲地孕酮是一种甾体激素，常被非法添加到动物饲料中，以提高奶牛的饲料转化率和体重增长速度。由于其主要在肝脏中代谢，因此肝脏组织成为检测饲料中非法添加甲地孕酮的首选目标。已有研究表明，甲地孕酮残留存在于牛肝、牛奶和牛肉中，人类摄入这些残留物质可能导致内分泌紊乱、发育异常和致癌风险。尽管一些国家批准了孕激素的使用，但欧盟等地区明确禁止其使用。因此，开发快速、超高灵敏度的检测技术对于食品安全监管具有重要意义。

传统方法用于检测甾体激素残留，包括高效液相色谱-紫外检测（HPLC-UV）、气相色谱-串联质谱（GC–MS/MS）、气相色谱-质谱（GC–MS）、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）、电化学方法和荧光光谱法等。虽然GC–MS和HPLC在检测甾体激素残留方面具有较高的可靠性，但它们在样品处理过程和检测成本方面存在一定的问题，这限制了它们在快速检测中的应用。相比之下，电化学传感方法虽然具有快速和灵敏的优点，但食品基质中的蛋白质、氨基酸、维生素C、葡萄糖等成分可能会对检测产生干扰。荧光光谱探针因其能够在体内和原位进行检测和成像而被广泛用于目标物的检测和分析。然而，传统的荧光探针通常依赖于单一荧光光谱的变化，这在复杂样品的检测中容易导致“假阳性”结果。比值荧光纳米探针则是一种特殊的荧光光谱检测技术，其原理是通过在两个不同波长下的荧光发射峰强度比值的变化来表达检测效果。这种比值信号能够消除环境条件、浓度和仪器因素的影响，从而有效排除环境干扰，提高检测结果的准确性。目前，基于量子点、荧光染料等构建的比值荧光纳米探针已被成功应用于重金属离子检测、生物标志物分析、环境污染物监测、细胞内pH测定和药物分子定量分析等领域。然而，这些染料存在诸如光漂白、小斯托克斯位移、生物毒性以及难以消除的背景荧光等缺点，限制了其在实际检测中的应用。

在这一背景下，本文提出了一种基于上转换纳米颗粒（Upconversion Nanoparticles, UCNPs）和中性红（Neutral Red, NR）的比值荧光纳米探针，用于检测甲地孕酮残留。该探针利用中性红与γ-环糊精（γ-CD）之间的主客体反应，将中性红组装到UCNPs@γ-CD的表面。这一过程使得UCNPs的绿色上转换发射在540?nm处被淬灭，同时激活了中性红在600?nm处的特征荧光。当加入甲地孕酮后，甲地孕酮与中性红结合形成非荧光复合物。这是因为甲地孕酮的羰基基团与两个双键形成更大的共轭体系，导致氧原子带有更多的负电荷，从而增强了其与中性红分子氨基基团之间的氢键作用。这种作用破坏了荧光共振能量转移（LRET）机制，导致强烈的“信号开启”响应。值得注意的是，该传感器在检测牛血清和牛奶中的甲地孕酮方面也验证了其有效性。最终，该探针成功应用于检测牛肝中的甲地孕酮，表现出良好的可靠性和实用性。因此，UCNPs@γ-CD@NR被认为是最有前景和灵敏的荧光材料之一，用于甲地孕酮的检测。

在实验方法部分，本文详细描述了材料和试剂的准备、仪器和表征方法，以及OA-UCNPs的制备过程。通过简单的热分解法合成OA-UCNPs，然后利用γ-环糊精对其进行了亲水性修饰。进一步通过中性红与γ-环糊精之间的主客体反应，将中性红组装到UCNPs@γ-CD的表面。实验结果表明，合成的OA-UCNPs和UCNPs@γ-CD均具有良好的均匀性和分散性。与UCNPs@γ-CD相比，中性红修饰的上转换纳米颗粒的形态变化较小，表明其粒径较小且颗粒直径分布较为均匀。为了研究合成的镧系掺杂材料的相结构，本文还进行了相应的表征工作。

此外，本文还对纳米探针的性能进行了评估，包括其在不同样品中的检测效果。通过实验验证，该探针在牛奶、胎牛血清和牛肝等样品中均表现出良好的检测能力。在检测过程中，该探针的响应范围为5–35?μM，检测限为0.81?μM（信噪比为3）。值得注意的是，该探针在复杂食品环境中的检测效果也得到了验证，显示出较强的抗干扰能力。这些结果表明，该比值荧光纳米探针在检测甲地孕酮残留方面具有较高的灵敏度和特异性，能够满足食品安全监管的需求。

在结论部分，本文总结了所开发的比值荧光纳米探针（UCNPs@γ-CD@NR）在检测甲地孕酮方面的优势。该探针利用主客体相互作用，实现了高稳定性和抗干扰能力，能够有效排除环境因素对检测结果的影响。通过实验验证，该探针在复杂食品环境中的检测效果良好，显示出较强的实用性。这些结果表明，该探针在食品安全检测领域具有广阔的应用前景。

最后，本文还列出了作者的贡献声明和利益冲突声明。作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。同时，作者的贡献声明详细列出了每位作者在研究中的具体角色，包括概念化、撰写初稿、验证、实验设计、资金获取、撰写审阅与编辑等。这些信息有助于了解研究的分工和贡献，确保研究的透明性和公正性。

综上所述，本文提出了一种基于比值荧光纳米探针的高效检测方法，用于检测甲地孕酮残留。该方法利用主客体反应和荧光共振能量转移机制，实现了高灵敏度和高特异性的检测。通过实验验证，该探针在不同样品中的检测效果良好，显示出较强的抗干扰能力和实用性。这些成果为食品安全监管提供了新的技术支持，具有重要的应用价值。