基于双功能肽探针FSH的铜离子(Cu2+)与草甘膦(Glyp)高选择性检测技术及其在食品分析与生物成像中的创新应用

针对环境中铜离子(Cu2+)与草甘膦(Glyp)检测的灵敏度和选择性难题，研究人员开发了基于Ser-His-NH2二肽和5-FAM荧光团的双功能探针FSH。该探针通过荧光"关-开-关"响应和比色变化，实现对Cu2+(LOD=40.4 nM)和Glyp(LOD=15.9 nM)的接力检测，并成功应用于水体、活细胞、斑马鱼及智能手机辅助检测，为环境监测和食品安全提供了创新工具。

　　

【研究背景】
铜离子(Cu²⁺)作为人体必需微量元素，参与血红蛋白合成、酶激活等关键生理过程，但其过量积累会引发神经退行性疾病；而草甘膦(Glyp)作为全球用量最大的除草剂，因其持久性和潜在致癌性(WHO 2A类)对生态环境与健康构成威胁。传统检测方法存在设备依赖性强、操作繁琐等问题，尤其在复杂基质中难以实现Glyp的快速可视化检测。

【研究概况】
中国研究人员通过将Ser-His-NH₂二肽与5-羧基荧光素(5-FAM)偶联，开发出双功能探针FSH。该探针通过Cu²⁺与组氨酸咪唑基的特异性结合引发荧光猝灭，继而利用Glyp与Cu²⁺更强的配位能力实现荧光恢复，形成独特的"on-off-on"响应机制。相关成果发表于《Food Chemistry》。

【关键技术】

1. 固相肽合成技术构建FSH探针
2. 紫外-可见光谱与荧光光谱分析
3. 智能手机RGB色彩分析系统
4. 斑马鱼胚胎活体成像
5. 分子逻辑门设计

【研究结果】

1. 荧光和比色响应：FSH对Cu²⁺展现超高选择性(仅响应Cu²⁺)，量子产率达83.52%，响应时间<25秒；形成的FSH-Cu²⁺复合物可特异性识别Glyp，溶液颜色由蓝绿变无色。

2. 灵敏度验证：通过Job曲线和Benesi-Hildebrand分析确认1:1结合模式，Cu²⁺和Glyp的检测限分别达40.4 nM和15.9 nM，优于多数报道探针(表S4-S5)。

3. 实际应用：

• 成功检测三种水体样本中Cu²⁺/Glyp
• 试纸条实现"裸眼"半定量检测
• 活细胞与斑马鱼幼虫中动态成像
• 智能手机APP建立RGB定量模型

1. 拓展研究：

• 构建INHIBIT逻辑门提升检测灵敏度
• 应用于土壤、植物样本监测
• 验证探针在pH 6-12范围的稳定性

【结论与意义】
该研究创新性地将肽识别单元与5-FAM信号模块结合，解决了Glyp强极性、无荧光特性导致的检测难题。FSH探针兼具纳米级检测限、实时响应和多重应用场景优势，其智能手机集成方案为现场检测提供了普适性策略。作者彭王团队通过分子工程与生物成像技术的融合，为重金属/农药污染监测建立了新型技术范式，对食品安全风险评估和环境污染防控具有重要实践价值。