基于大斯托克斯位移肽荧光探针DGGC的水溶液中Cd2+和Hg2+检测及其在生物成像、实际样品分析、逻辑门与智能手机设备中的应用

为解决Cd2+和Hg2+污染对生态环境与人体健康的威胁，研究人员设计了一种新型肽基荧光探针DGGC，通过固相肽合成技术（SPPS）结合丹磺酰荧光团，实现了对Cd2+（荧光增强）和Hg2+（荧光淬灭）的高选择性检测（LOD分别达8.6 nM和35.1 nM），并成功应用于生物成像、实际样品分析和智能手机半定量检测，为环境监测与食品安全提供了创新工具。

　　

重金属污染一直是全球环境与健康领域的重大挑战。镉离子（Cd²⁺）和汞离子（Hg²⁺）因其高毒性、生物累积性和对生态系统的持久性危害备受关注。Cd²⁺可通过食物链进入人体，引发肾功能损伤、DNA氧化损伤等疾病；而Hg²⁺更易转化为剧毒的甲基汞，攻击中枢神经系统。尽管现有检测技术如原子吸收光谱精度高，但设备昂贵且无法实现实时监测。因此，开发低成本、高灵敏且适用于复杂环境的检测方法迫在眉睫。

针对这一需求，中国的研究团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表了一项创新研究。他们基于软硬酸碱理论，设计了一种以半胱氨酸（Cys）为受体、丹磺酰为荧光团的肽基探针DGGC，通过固相肽合成技术（SPPS）高效制备。该探针在100%水溶液中表现出230 nm的大斯托克斯位移，并利用螯合增强荧光（CHEF）和重原子效应分别实现对Cd²⁺和Hg²⁺的差异化响应。

关键实验技术
研究采用固相肽合成（SPPS）构建探针DGGC，通过荧光滴定、Job's plot分析和电喷雾电离高分辨质谱（ESI-HRMS）验证结合 stoichiometric ratio（2:1）。生物成像实验选用活细胞和斑马鱼幼虫模型，实际样本检测涵盖水稻、果蔬表面污染，并集成智能手机颜色识别App实现半定量分析。

研究结果

1. 金属离子传感：DGGC对Cd²⁺和Hg²⁺的检测限分别低至8.6 nM和35.1 nM，显著优于美国环保署饮用水标准（Hg²⁺≤10 nM）。竞争实验证实其对其他金属离子（如Zn²⁺、Pb²⁺）的抗干扰能力。

2. 结合机制：荧光滴定与ESI-HRMS数据表明，DGGC与两种金属均以2:1比例结合，其中Cys的巯基（-SH）是关键配位位点。

3. 生物应用：在活细胞和斑马鱼模型中，DGGC成功可视化Cd²⁺/Hg²⁺分布，且细胞毒性低，证实其生物相容性。

4. 实际样本与扩展应用：探针在稻米、南瓜等农产品表面实现裸眼检测（365 nm紫外光），并构建INHIBIT逻辑门。智能手机App的RGB分析进一步推动现场快速检测。

结论与意义
该研究不仅提供了一种兼具高灵敏度（nM级）与实用性的双模式检测工具，更通过多场景验证（从分子水平到生物体系）展现了其跨学科价值。DGGC的创新性体现在：① 全水相检测突破有机溶剂限制；② 斯托克斯位移（230 nm）有效减少自发荧光干扰；③ 智能手机集成推动技术平民化。未来，此类探针设计策略或可拓展至其他重金属监测，为环境治理与公共卫生防控提供新范式。