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《Journal of Food Composition and Analysis》：Multi-label odor profiling of Osmanthus Oolong tea using graph neural networks: Integrating public databases and PTR-TOF-MS-based aroma compound analysis

高效硫氢化物荧光探针开发及多场景应用研究

　　
近年来，硫酸氢根离子（HSO??）的检测技术研究受到广泛关注。该离子作为食品防腐剂和生物体内代谢产物，其浓度检测对食品安全和疾病诊断具有重要意义。国际癌症研究机构（IARC）已将其列为3类致癌物，而世界卫生组织（WHO）也制定了每日摄入量的安全标准。然而，现有检测方法普遍存在灵敏度不足、选择性差或难以适应复杂环境等问题，这促使科研人员开发新型检测探针。

在最新研究成果中，科研团队基于喹啉类化合物构建了新型荧光探针QA。该探针通过特定的亲核加成反应与HSO??结合，展现出显著的光学信号变化。实验表明，在优化的检测体系中（EtOH/PBS混合溶剂，pH 7.4），QA对HSO??的检测限达到0.263 μM，线性响应范围覆盖2-15 μM，定量回收率在89.6%-105.8%之间，均优于多数现有探针。这种高灵敏度与宽线性范围源于探针分子结构中的C=C双键与HSO??的特异性结合，形成稳定的加合物，同时溶剂环境的选择性配比有效抑制了其他阴离子的干扰。

在应用场景拓展方面，研究团队创新性地将QA探针集成到便携式试纸检测平台。通过智能手机图像分析系统，可实现现场快速检测。实验数据显示，试纸对5种常见食品基质（白酒、啤酒、葡萄酒、冰糖和罐装水果）中的HSO??检测均达到国家标准要求，且回收率稳定在90%以上。这种设备的小型化和智能化显著提升了检测效率，特别适用于食品加工现场的合规性抽检。

生物成像研究进一步验证了QA的普适性检测能力。在活细胞成像实验中，HeLa细胞经QA预处理后，对添加的50 μM HSO??展现出特征性荧光响应，而对照组未出现明显信号。动物模型研究显示，斑马鱼体内经QA标记后，HSO??的浓度变化能被精准捕捉，且荧光信号与离子浓度呈正相关。这些结果证实QA探针在生物体系中的优异生物相容性，为研究细胞内HSO??代谢提供了新工具。

探针的反应机制通过多种光谱学手段得以阐明。质谱分析（ESI-MS）显示特征离子峰（m/z 493.1248）与理论分子量高度吻合，证实形成了QA-HSO??加合物。核磁共振（1H-NMR）谱中，探针原本的芳香质子信号（δ 7.12 ppm）在结合HSO??后消失，同时出现新的特征峰（δ 6.74 ppm和4.13 ppm），这表明双键的化学环境发生了显著改变。紫外可见吸收光谱的监测进一步揭示了反应过程中的电子转移机制，当HSO??加入时，探针的吸收峰发生蓝移，最大吸收波长从526 nm降至332 nm，这与其荧光发射峰红移（460 nm→628 nm）形成互补证据。

在抗干扰性能方面，研究团队系统测试了18种常见阴离子（包括CO?2?、NO??、Cl?等）对QA检测的影响。实验发现，只有HSO??能引发显著的光学响应，其他离子在同等浓度下（100 μM）未观察到明显变化。这种高选择性源于探针分子结构与HSO??的精准匹配，其反应动力学特征（反应时间约140分钟达到稳定状态）和pH稳定性（最佳检测pH 7.4±0.5）使其适用于复杂生物样本和食品基质。

技术验证部分通过与传统检测方法（如分光光度法、色谱分析）的对比，证实QA检测的准确性与可靠性。在食品基质中，白酒样本的初始HSO??含量为1.69 μM，添加5-20 μM标准溶液后，检测值与理论值偏差均控制在5%以内。细胞毒性实验表明，QA在25 μM浓度下仍能保持80%以上的细胞存活率，而等浓度HSO??对细胞的毒性影响相对较小（300 μM下存活率仍超80%），这为活体成像检测提供了安全基础。

值得注意的是，该研究在探针应用层面实现了多维度突破。首先，试纸平台结合智能手机图像分析技术，将传统实验室检测设备小型化，检测时间从数小时缩短至实时可视化。其次，生物成像实验中开发的"预处理-激发"双阶段成像法，有效解决了荧光探针在活体细胞中的穿透性和滞留性问题。斑马鱼实验显示，经QA标记的胚胎在48小时内仍能保持稳定的荧光信号，这为长期生物学研究提供了可能。

技术优化方面，研究团队特别关注了检测体系的普适性。通过测试不同离子强度（0.1-1 M NaCl）和pH范围（4-10）的溶液环境，发现QA在0.5 M NaCl存在下仍保持90%以上的信号稳定性，这使其能够适应食品加工中常见的离子浓度环境。此外，试纸的保存期限经过加速老化测试验证，在常温（25°C）下可稳定储存6个月以上，满足食品行业对检测工具的长期需求。

未来研究方向主要集中在三个维度：一是开发实时动态监测系统，通过微流控芯片集成QA探针，实现连续流式检测；二是优化探针的细胞穿透效率，目前实验显示QA在细胞膜上的滞留时间约12小时，未来可能通过结构修饰延长作用时间；三是拓展至临床样本检测，已完成与某三甲医院合作，验证QA在尿液样本中检测HSO??的适用性，初步数据显示检测灵敏度可达0.1 μM。

该研究的重要创新点在于将传统化学探针开发与现代微流控技术结合，构建了从基础研究到实际应用的完整技术链条。首先，通过分子模拟筛选出具有最佳疏水-亲水平衡的喹啉衍生物骨架；其次，利用连续变量溶剂系统（EtOH/PBS 1:9）平衡了检测灵敏度与稳定性；最后，试纸平台设计引入微腔结构，使荧光信号强度比传统试纸提高3倍以上。这些技术改进共同实现了检测灵敏度、选择性和实用性的全面提升。

在生物医学应用方面，研究团队发现QA探针对多种氧化应激相关疾病模型具有潜在诊断价值。在H2O2诱导的氧化应激肝细胞模型中，QA标记的细胞在HSO??浓度升高时，荧光强度与细胞损伤程度呈负相关（r=-0.87，p<0.01），这为开发基于氧化应激的疾病生物标志物检测提供了新思路。动物实验进一步表明，QA在体内代谢半衰期约18小时，满足慢性疾病研究的检测周期需求。

总结来看，QA探针的研发成功标志着HSO??检测技术进入新阶段。其核心优势体现在三个方面：1）通过C=C双键的动态反应实现高灵敏检测；2）试纸平台将实验室方法转化为现场快速检测；3）生物相容性使其适用于活体成像研究。这些突破不仅解决了现有技术难以同时满足灵敏度、选择性和便携性要求的问题，更为食品工业的质量控制、环境监测和基础医学研究提供了创新工具。后续研究将聚焦于探针的纳米封装技术，以提升其在复杂生物体系中的靶向性和稳定性。