检测Hg2+的比例荧光探针

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研究的背景

金属离子在新陈代谢、渗透调节和细胞信号等生物过程中发挥着重要作用，一些金属，如微量的铜、铁、锌和钠离子，对生命系统是有益的。而重金属，包括广泛用于金矿、燃煤电厂和汞灯的Hg2+、Cd2+或Pd2+离子，广泛存在于水、土壤和空气中，会对环境和人类造成严重影响。

在各种重金属中，汞以其高毒性而闻名，其在电子电器中的使用受到欧盟危险物质限制。Hg2+可以通过呼吸或被皮肤和消化组织吸收进入人体。当Hg2+离子在人体内积累到一定水平后，与蛋白质和酶中的巯基的高结合行为会导致肾脏、心脏、大脑、免疫系统、肺、中枢神经系统和其他组织的潜在损害。

根据美国环境保护署(USEPA)的规定，饮用水中Hg2+污染的允许水平为2 μg/L，浓度高于5 μg/L就会对培养基产生有害影响。因此，建立有效的监测和测定方法用于环境和生物样品中Hg2+的监测和选择性测定迫切被需要。

现代分析技术经常被用于重金属的定量和定性测定。这些技术包括原子吸收/发射光谱、毛细管电泳、高效液相色谱、气相色谱、质谱和电化学方法。这些分析技术的优势包括高准确度、高可靠性、重复性和选择性分析物的容易分离。

然而，这些分析技术存在一些不足，包括需要复杂的仪器操作、较长的分析时间、使用昂贵的材料、在危险条件下制备样品以及需要复杂的维护的昂贵的仪器。因此，必须开发快速分析、高选择性、易操作和经济可行的简单有效的分析技术。

在目前可用于金属离子滞留的各种方法中，荧光探针受到了研究者的广泛关注。在过去的几年里，各种荧光探针已经被开发出来，它们提供了低成本的直接识别分析物的方法。并且比例荧光探针是具有良好可靠性的分析物检测的有效方法之一。比例荧光探针的比例发射提高了化学传感器的定量和敏感性。因此，比色和比例荧光性质的组合导致开发荧光探针，用于感测环境中有毒重金属和活性系统。

本文的工作

图 1

如图1，作者设计并合成了一种用于比色和比例荧光检测在DMSO-H2O(9：1，V / V)溶液中的Hg2+的荧光探针(4DB)。4DBS具有选择性高、检测下限低、结合常数高、受其他分析物干扰小等优点。通过FT-IR和1HNMR分析，证实了4DBS-Hg2+配合物的配位机理。此外，还进行了量子化学计算，以支持所提出的结合机理。随后在活细胞和斑马鱼幼体中进行了Hg2+的细胞内检测。4DBS可以在癌细胞中有区别地检测到Hg2+，这有助于区分人类癌细胞和正常活细胞。

图 2

为了研究化学传感器4DBS在生物样品中的有效性，对活细胞和斑马鱼幼体进行了生物成像研究。当L929和MCF-7细胞与Hg2+和4DBS联合孵育(最初孵育Hg2+)时，MCF-7细胞比L929细胞获得更高的对比荧光发射(图 2)。MCF-7细胞的荧光发射强度是L929细胞的3.55倍(绿色通道)和6.02倍(红色通道)。结果表明，与正常活细胞相比，4DBS能有效地检测到人癌细胞中的Hg2+。

图 3

作者用5日龄斑马鱼幼体验证了4DBS的检测能力。斑马鱼幼体因其透明的性质而被用于活体生物成像分析。如图3所示，首先，斑马鱼幼体与6.25 mM Hg2+孵育30 min，并记录图像。没有观察到荧光发射(图 3a-c)。接下来，斑马鱼幼体用6.25 mm 4DBS孵育30 min，显示出与之前实验相似的荧光发射(图 3d-f)。最后，斑马鱼幼体分别用6.25 mM Hg2+和4DBS孵育30 min。有趣的是，在绿色和红色通道中都获得了增强的荧光发射(图 3g-i)。结果表明，4DBS具有良好的组织穿透能力，能有效识别Hg2+在斑马鱼幼体中的分布。

参考文献：Ravichandiran, P.; Kaliannagounder, V. K.; Maroli, N.; Boguszewska-Czubara, A.; Maslyk, M.; Kim, A. R.; Park, B. H.; Han, M. K.; Kim, C. S.; Park, C. H.; Yoo, D. J., A dual-channel colorimetric and ratiometric fluorescence chemosensor for detection of Hg2+ ion and its bioimaging applications. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc 2021, 257, 119776.

DOI：10.1016/j.saa.2021.119776