新型联苯四氢吲唑荧光探针TOPIB-PAN的开发及其在肼检测中的应用：从食品安全到生物成像的创新突破

本研究开发了一种基于诺品酮的新型荧光探针TOPIB-PAN，实现对肼（N2H41800分钟）。该探针成功应用于食品（食品安全）、环境样本（水/土壤分析）和生物系统（活细胞/斑马鱼荧光成像），为毒性物质监测提供了多功能检测平台。

　　

¹H Highlights

材料与仪器

本工作使用的所有化学试剂和仪器均在补充材料中详细说明。

TOPIB-PAN探针的合成

如图1所示，通过TOPIB-CA与4-吡啶乙腈的缩合反应制备TOPIB-PAN探针。化合物1和TOPIB-CA参照先前研究合成[32]。将TOPIB-CA (0.67 g, 1 mmol)、4-吡啶乙腈 (0.23 g, 1.5 mmol)、哌啶 (0.5 mL) 和30 mL乙醇加入反应瓶，于78°C回流反应12小时。通过薄层色谱（TLC）监测反应进程。反应完成后，将混合物冷却至室温，析出固体经抽滤收集，并用冷乙醇洗涤三次，最终获得淡黄色固体产物（产率82%）。

探针设计策略

荧光探针TOPIB-PAN通过TOPIB-CA与4-吡啶乙腈的缩合反应合成。其传感机制依赖于N₂H₄诱导形成的电子 withdrawing 基团，有效淬灭探针荧光。通过¹H NMR（核磁共振氢谱）、¹³C NMR（核磁共振碳谱）和高分辨率质谱（HRMS）进行了结构表征。

光谱特性分析

在PBS缓冲液（1% DMSO, 99% PBS, pH=7.4）中对TOPIB-PAN (10 μM)的光学性质进行研究。探针本身显示强烈绿色荧光，加入N₂H₄后发生显著荧光淬灭。通过DFT计算（高斯09程序）阐明了N₂H₄识别前后的电子结构变化，证实了分子内电荷转移（ICT）机制的有效性。

选择性评估

探针展现出对N₂H₄的高度选择性，在多种干扰物（包括活性氧、金属离子和生物硫醇）存在下仍保持卓越识别能力。竞争性实验表明其他分析物对N₂H₄检测无明显影响。

pH稳定性测试

TOPIB-PAN在pH 3-11范围内保持稳定荧光响应，表明其适用于多种生理和环境检测场景。

实际应用验证

成功将探针应用于自来水、土壤提取液和食品样本（牛奶、蜂蜜）中N₂H₄残留检测。开发了基于TOPIB-PAN的试纸和棉签检测工具，可实现肼的便携式现场检测。

生物成像应用

通过MTT实验证实探针低细胞毒性后，成功实现HeLa细胞、斑马鱼和洋葱表皮细胞中N₂H₄的荧光成像， demonstrating其卓越的生物相容性和多模型应用潜力。

Conclusions

总而言之，我们合理制备了一种用于检测N₂H₄的新型荧光探针TOPIB-PAN。该探针在1-60 μM浓度范围内呈现优异的线性关系（R²=0.99647），检测限低至7.9×10^?8 mol/L。TOPIB-PAN不仅能在宽pH范围（3-11）内对N₂H₄产生稳定荧光响应，还具有卓越的选择性和抗干扰能力。