一种π共轭延伸的硫黄素T类似物实现食品中丙烯酰胺的红色发射、衍生化辅助适配体传感

《Chemosensors》：A π-Conjugation-Extended Thioflavin T Analogue Enables Red-Emissive, Derivatization-Assisted Aptasensing of Acrylamide in Food

　　

研究人员开发了一种用于食品中丙烯酰胺分析的红色发射、衍生化辅助适配体传感器。丙烯酰胺首先转化为黄原醇-丙烯酰胺加合物（xanthydrol–acrylamide adduct，XAA），该加合物可被DNA适配体AptXAA识别。研究人员合成了π共轭延伸的硫黄素T类似物ThT-Red作为荧光信号分子。ThT-Red在600 nm处呈现发射最大值，并在结合AptXAA后表现出荧光增强，这可归因于分子内运动受限。XAA结合扰动了ThT-Red–AptXAA相互作用，产生与竞争置换一致的浓度依赖性荧光下降。经过30分钟的黄原醇衍生化步骤后，荧光传感响应在3分钟内获得。在优化条件下，该传感器对XAA在0–2.5 μM范围内呈线性响应，检出限为0.23 μM。在加标薯片提取物中获得了90.14–119.72%的回收率。该传感响应也可使用便携式荧光计测量，支持其快速现场分析的潜力。这项工作表明，适配体响应型分子转子的结构工程可为低表位食品污染物的衍生化辅助检测提供有效的红色荧光转导策略。

**π共轭延伸的硫黄素T类似物实现红色发射、衍生化辅助适配体传感检测食品中丙烯酰胺**

**一、研究背景与目的**

丙烯酰胺是一种热诱导产生的食品加工污染物，主要通过在富含碳水化合物的食品（如马铃薯制品、焙烤食品和咖啡）中的美拉德反应形成。其广泛存在和毒理学关注使得分析方法的持续发展十分必要。色谱-质谱联用方法可提供可靠定量，但通常需要集中式仪器、专业人员和多步样品制备。非色谱替代方法包括衍生化依赖的酶联免疫分析、纳米抗体免疫分析、电化学传感器和光学/比色传感器，这些方法可降低仪器需求，但性能仍受识别元件设计、衍生化化学、基质控制和读数标准化等因素制约。适配体因化学合成、易修饰且适配多种光学转导机制，成为便携式传感的理想识别元件。然而，直接针对低表位丙烯酰胺的适配体筛选较为困难，原始研究报道的直接丙烯酰胺适配体解离常数为4.7 mM。通过丙烯酰胺与黄原醇的共价反应生成结构更复杂的加合物XAA后，筛选得到的AptXAA解离常数达20 nM，加合物检测限为4.2 nM。本研究旨在探讨一种π共轭延伸的硫黄素T（ThT）类似物能否作为已建立的AptXAA/XAA识别系统的有效红色发射信号分子，以实现便携、快速的丙烯酰胺分析。

**二、研究内容与意义**

研究人员将先前报道的ThT-π-NM（本研究称为ThT-Red）应用于AptXAA传感体系，系统评估了其与AptXAA的相互作用、荧光激活机制、对XAA的竞争响应、分析性能、选择性、薯片基质行为及便携式荧光计兼容性。结果表明，ThT-Red可作为有效的红色荧光信号转导分子。该工作通过合理荧光团工程扩展了已有的XAA识别策略，为低表位食品污染物提供了实用的光学转导方法。论文发表在《Chemosensors》。

**三、关键技术方法**

研究人员采用黄原醇衍生化将丙烯酰胺转化为XAA，以便被AptXAA识别。ThT-Red通过两步有机合成获得：4-(二甲氨基)苯甲醛与2-甲基苯并噻唑缩合生成中间体NM-1，再与碘甲烷反应得到目标产物。传感原理基于竞争置换：ThT-Red结合AptXAA后因分子内运动受限而荧光增强；加入XAA后，XAA竞争结合AptXAA，导致ThT-Red游离，荧光下降。实验方法包括荧光光谱滴定、紫外-可见吸收光谱、粘度依赖性荧光实验、选择性实验和实际样品加标回收。薯片样本购自中国郑州当地超市，经甲醇/正己烷提取、稀释、衍生化后检测。使用实验室酶标仪和便携式荧光计进行读数。

**四、研究结果**

**（一）ThT-Red的分子设计与光谱性质**

常规ThT在测量条件下发射约430 nm，而ThT-Red在乙醇中呈现600 nm发射最大值，红移约175 nm。ThT-Red呈现单一的优势红色发射带，有利于后续在600 nm处进行单波长强度读数。

**（二）适配体诱导的荧光激活与运动受限机制**

荧光滴定实验显示，AptXAA浓度从0增至12 μM时，ThT-Red的600 nm发射逐渐增强，非线性拟合得到表观解离常数Kd为8.62 μM。吸收光谱实验表明，AptXAA加入使ThT-Red的可见吸收带发生32 nm红移，提示结合后染料基态微环境改变。粘度实验中，随着甘油含量从10%增至70%（v/v），ThT-Red在约600 nm处的荧光强度逐步增加，支持分子内运动受限对荧光增强的贡献。研究人员同时指出，激发波长处吸收变化也可能贡献于信号增强，因此荧光增加不能单独归因于运动受限。

**（三）ThT-Red/AptXAA传感系统工作浓度的选择**

在1.0和2.0 μM两种ThT-Red浓度比较中，2.0 μM产生更大的荧光响应，故选为工作浓度。在AptXAA浓度0–10 μM范围内，1.5 μM AptXAA提供最大的目标依赖信号变化，因此后续实验采用2.0 μM ThT-Red和1.5 μM AptXAA。

**（四）靶标响应信号转导及XAA分析性能**

XAA加入导致体系荧光逐步下降，与竞争置换机制一致。在优化条件下，XAA浓度从0增至100 μM时，600 nm荧光强度持续降低；归一化响应在低浓度时快速下降，随后趋于平台。0–2.5 μM范围内呈现良好线性，检出限为0.23 μM（3σ/k准则）。吸收光谱在XAA加入后发生轻微蓝移，但归一化数据仅反映峰位变化，无法定量评估500 nm激发波长处吸收变化对荧光下降的贡献。适配体浓度影响显著：与4.0 μM相比，1.5 μM AptXAA在低XAA浓度下荧光下降更快，因为需置换的染料-适配体复合物较少，故选择1.5 μM以获得更灵敏的响应。

**（五）选择性与薯片实际样品便携检测性能**

选择性实验表明，XAA引起归一化荧光强度明显降低，而甘氨酸、L-丙氨酸、丙烯酸、乙酸异丙酯、丙酸和蔗糖仅产生可忽略的信号变化，证明响应主要源于AptXAA对XAA的特异性识别。加标薯片提取物在0.5、1.0、1.5 μM水平下回收率分别为119.72%、90.14%和95.71%，RSD分别为12.20%、6.95%和6.25%（n=3）。便携式荧光计读数随XAA浓度增加而下降，在0–2.5 μM低浓度区呈线性响应，R2为0.943。便携设备与实验室仪器虽强度标度不同，但目标依赖响应趋势一致，证实该方法可用于薯片中丙烯酰胺衍生化后的快速现场分析。

**五、讨论与结论**

讨论部分指出，ThT-Red的荧光激活机制涉及分子内运动受限和激发吸收变化的综合贡献；适配体浓度通过影响待置换的染料-适配体复合物数量来调节灵敏度，低浓度适配体更有利于实现低靶标浓度下的响应。便携式荧光计与实验室仪器表现出一致的响应趋势，支持现场筛查可行性。研究结论认为，ThT-Red经黄原醇衍生化后实现了丙烯酰胺的红色发射适配体传感；ThT-Red结合AptXAA后通过运动受限增强600 nm荧光，XAA通过竞争置换降低荧光；传感器线性范围0–2.5 μM，检出限0.23 μM，成功应用于加标薯片提取物，并兼容便携式荧光计，支持快速现场分析。该研究通过合理荧光团工程扩展了XAA识别策略，为低表位食品污染物提供了实用的光学转导方法。