一种新型基于酰肼的荧光化学传感器及其在环境和生物系统中识别Cu2?和草甘膦的应用研究

推荐 为解决铜离子（Cu2?）和草甘膦（GLY）污染检测难题，研究人员开发了一种新型酰肼基双功能荧光化学传感器（DHBC）。该传感器可快速、高灵敏度地连续检测Cu2?和GLY，具有优异的选择性和抗干扰能力，并成功应用于活体成像，为环境监测和生物医学研究提供了重要工具。

　　

论文解读
铜（Cu）作为生物体内的必需微量元素，其稳态对维持正常生理功能至关重要。然而，过量的铜离子（Cu2?）会导致神经损伤、肝损伤及免疫系统功能下降，并与贫血、帕金森病等多种疾病相关^[8-14]。此外，Cu2?在水产养殖等环境中对水生生物具有高毒性^[16,17]。草甘膦（GLY）作为广泛使用的除草剂，虽曾被认为低毒，但其环境持久性和生物累积性已被证实对水生生态系统和人类健康构成威胁^[26-34]。传统检测方法如原子吸收光谱（AAS）和高效液相色谱（HPLC）存在操作复杂、成本高及检测限高等缺陷^[35-48]，因此亟需开发高效、低成本的多污染物检测技术。

针对上述问题，中国研究人员设计了一种基于酰肼衍生物的双功能荧光化学传感器（DHBC）。该传感器通过独特的“Turn Off-On”荧光机制实现Cu2?和GLY的连续检测。当DHBC与Cu2?结合时，其荧光被淬灭；而GLY中的羧基、磷酸基及氨基等官能团与Cu2?配位后，可置换出DHBC并恢复荧光信号。研究团队通过高分辨质谱（HRMS）、Job曲线分析和密度泛函理论（DFT）计算验证了该机制，并证明DHBC对Cu2?和GLY的检测限分别达到0.09 μM和0.05 μM，响应时间小于1分钟。

在方法学方面，研究人员主要采用了荧光光谱分析、HRMS、Job曲线分析和DFT计算等技术。通过这些手段，他们系统评估了DHBC对目标污染物的选择性、抗干扰能力及实际样品中的定量分析性能。实验结果表明，DHBC在复杂环境中仍能保持高灵敏度和稳定性，并成功应用于活体模型（如HeLa细胞和斑马鱼）的成像研究，证实其在生物医学领域的潜在应用价值。

研究结果显示，DHBC对Cu2?的识别源于其与传感器分子中氮原子的配位作用，导致荧光基团电子云分布改变而淬灭荧光。而GLY的加入通过其多功能基团与Cu2?形成更稳定复合物，释放出DHBC并恢复荧光。这一过程被HRMS检测到的特征峰变化及DFT计算的配位能数据所支持。此外，DHBC在多种金属离子和阴离子共存条件下仍表现出对Cu2?和GLY的高度选择性，表明其抗干扰能力强。

在生物成像实验中，DHBC成功标记了HeLa细胞内Cu2?/GLY分布，并在斑马鱼模型中观察到类似结果。这些发现不仅验证了传感器的活体适用性，还为其在环境毒理学和健康风险评估中的应用提供了新思路。研究团队指出，DHBC的双功能特性使其在环境污染监测和生物医学诊断中具有独特优势，尤其适用于需要实时监测污染物动态变化的场景。

综上所述，该研究开发的DHBC传感器通过创新性设计解决了传统检测方法灵敏度低、选择性差的问题，并拓展了荧光化学传感器在多靶标检测中的应用边界。其快速响应、高灵敏度和良好的生物相容性为环境监测和疾病早期诊断提供了可靠技术支持。未来研究可进一步优化传感器性能，并探索其在其他污染物检测中的潜力。

该成果发表于《Analytica Chimica Acta》，标志着荧光化学传感器在环境与健康领域的又一重要进展。研究不仅为污染物检测提供了新工具，也为理解重金属和农药对生物系统的协同作用机制奠定了基础，具有重要的科学价值和应用前景。