一种双通道智能荧光探针，用于快速在现场检测生物、环境和食品样本中的硫酚和肼

《Food Chemistry》：A dual-channel smart fluorescent probe for rapid on-site detection of thiophenol and hydrazine in biological, environmental, and food samples

荧光探针INS双响应检测噻吩酚与肼并开发便携式检测方法

　　

Mehmet Oguz|Duygu Aydin|Sait Malkondu|Serkan Erdemir

塞尔丘克大学，理学院，化学系，科尼亚 42250，土耳其

摘要

硫酚（PhSH）和肼（N?H?）在工业、农业和食品相关过程中广泛存在，对人类健康和环境安全构成重大风险。在这项研究中，我们介绍了一种名为INS（2-(苯[d]噻唑-2-基)-4-((1,3-二氧-1,3-二氢-2H-茚-2-亚基)甲基)苯基 2,4-二硝基苯磺酸盐）的双响应荧光探针，该探针能够通过反应触发的d-PET、ICT和ESIPT过程选择性区分PhSH和N?H?。INS表现出快速响应（PhSH ≤2分钟，N?H? ≤5分钟），高灵敏度（检测限分别为0.731和1.016 μM），以及优异的选择性。使用NMR、TOF-MS和DFT分析的机理研究证实了这种区分机制。该探针在实际样品中表现出很强的适用性，能够在土壤和水中定量检测这两种分析物，回收率在98.9–112.2%之间。便携式试纸条、棉签和智能手机辅助成像进一步证明了其适用于现场检测。此外，食品样品分析和活细胞成像也证实了INS在监测有害污染物方面的生物相容性和实际用途。

引言

含硫的小分子如二氧化硫（SO?）、硫化氢（H?S）、硫酚（PhSH）、同型半胱氨酸（Hcy）、半胱氨酸（Cys）和谷胱甘肽（GSH）在生物系统、食品基质和工业环境中普遍存在（Jiang等人，2010；Tang等人，2015）。其中，硫酚（PhSH）作为一种芳香族硫醇，在农药和制药工业中作为关键化学中间体发挥着重要作用（Hao等人，2019）。由于其高亲核性和反应性，PhSH常用于合成药品、农药和功能材料（Shen等人，2020）。然而，其强毒性和环境持久性使其成为一种严重的污染物。硫酚氧化后容易形成芳香族二硫化物，并产生过氧化氢和超氧阴离子自由基，这两种物质都对生物体有害（Liu等人，2016；Munday，1985）。长期暴露于含硫酚的空气、水或土壤中可能导致中枢神经系统紊乱和生理症状，如头痛（Li, Cui等人，2019）、肌肉无力（Shen等人，2020）、呼吸窘迫，在严重情况下甚至会导致死亡（Li, Su等人，2019；Lin等人，2024；Taskiran等人，2024；W. Jiang等人，2007；Wu等人，2021a；Zhai等人，2015）。此外，芳香族硫醇的二硫化物衍生物会破坏细胞内的氧化还原平衡并损害细胞结构（Xiao等人，2022）。美国环境保护署（USEPA）已将PhSH列为优先污染物，国家职业安全与健康研究所（NIOSH）规定了0.1 ppm（0.5 mg m^?3）的推荐暴露限值（Taskiran等人，2024；Y. Zhang等人，2020）。因此，开发快速、灵敏和选择性的硫酚检测方法对于环境和生物样品分析至关重要。

肼（N?H?）是一种高反应性和挥发性的液体，也是工业和环境领域的主要关注对象（Hussain等人，2025）。它广泛用于聚合物、药品（T. Wang等人，2024）、染料、农业化学品和防腐剂的制造，以及航空航天工程中的高能推进剂（Z. Chen等人，2017；Shi等人，2019；Xingzong等人，2020）。尽管用途广泛，肼具有强烈的神经毒性和肝毒性，接触后可能导致皮肤灼伤、呼吸道刺激、恶心（Hussain等人，2025）、头晕（Hussain等人，2025）和视力障碍。此外，美国环境保护署（EPA）和世界卫生组织（WHO）已将肼列为可能的人类致癌物，规定了水中允许浓度为10 μg mL^?1（Fang等人，2026）。鉴于其高毒性和广泛分布，迫切需要建立灵敏、选择性和便携式的肼检测方法。

在各种分析技术中，基于荧光探针的传感方法因其高灵敏度、操作简便性和实时可视化能力而成为最有力的策略之一（Gong等人，2025；Oguz等人，2025；Shen等人，2020；Xia等人，2024；Xiao等人，2022；Yan等人，2019）。荧光探针可以实现快速且无损的检测，背景干扰低，所需仪器少。近年来，设计了多种基于反应触发的荧光“开启”、“关闭”或比率机制的小分子探针，用于特异性识别PhSH和N?H?（Ban等人，2018；Y. Chen等人，2022；Li, Su等人，2019；Wang等人，2016；Xiao等人，2022；Xingzong等人，2020；Zhai等人，2015）。这些系统已成功应用于环境和生物样品中的目标分析物检测。有报道指出，基于香豆素的比率探针在水介质中能够提供清晰的比率切换和良好的选择性（Shen等人，2020）。Wu及其同事开发了一种红光到近红外（NIR）荧光探针（FQ-DNP），用于硫酚检测，提高了细胞成像的组织穿透能力（Wu等人，2021b）。Li等人描述了一种基于激发态分子内质子转移（ESIPT）的NIR探针（DAPH-DNP），适用于硫酚检测，具有良好的生物成像光物理特性（Z. Li等人，2020）。在肼方面，Li等人最近使用寡乙二醇功能化制备了一种耐水性的肼探针，可以检测肼蒸气并成像细胞，强调了水兼容性和实用形式（Li, Cui等人，2019）。最后，Pan等人开发了一种可用于现场检测的N?H?比率探针，可制成试纸条和棉签，体现了向便携式设备发展的趋势（Pan等人，2024）。然而，许多报道的探针仍存在响应动力学慢、水兼容性差、检测限高以及在复杂生物环境中应用受限等缺点（见表S1（支持信息））。

与这些探针相比，INS具有几个独特的优势和互补的优势。首先，INS是一种双响应探针，能够在单一分子平台上区分PhSH和N?H?，据我们所知，这在文献中尚未报道过。其次，INS已在多种实际样品（生物、环境和食品样品）和活细胞成像中得到验证，证明了其实际应用性，而不仅仅是在体外模型系统中。第三，INS已被开发成便携式传感形式（试纸条和棉签），用于气相检测，与最近的研究结果相当或更优。最后，INS的识别机制通过一系列综合技术（荧光光谱、¹H NMR、TOF-MS、TLC（薄层色谱）和DFT（密度泛函理论）计算）得到证实，这增强了人们对分析物鉴定和探针操作化学的信心。

还需要正确理解INS的分析限值：INS的检测限（PhSH为0.731 μM，N?H?为1.016 μM）处于适合许多环境和细胞测定的低微摩尔范围内。因此，INS的主要贡献在于其实用的多分析物能力、同时双检测能力、在实际样品和活细胞中的验证，以及易于转换为便携式格式。这种多分析物能力与经验证的实际性能的结合，使INS成为在需要同时筛选和现场检测的应用中非常实用的工具。

部分摘录

试剂和设备

有关合成和光谱分析中使用的仪器、试剂和有机溶剂的详细信息见支持信息。

INO（2-(3-(苯[d]噻唑-2-基)-4-羟基苯基亚基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮）的合成

如方案1所示，化合物1和2按照先前报道的程序制备（Erdemir等人，2025）。为了合成INO，将化合物2（0.13 g，0.5 mmol）溶解在乙醇（25 mL）中，然后加入1,3-茚二酮（0.07 g，0.5 mmol）和催化量的哌啶。反应混合物

探针INS的设计策略

为了构建一种新的双响应荧光探针INS，能够选择性识别硫酚（PhSH）和肼（N?H?），我们合理结合了两个关键功能基团：一个强吸电子的2,4-二硝基苯磺酰（DNBS）基团和一个1,3-茚二酮单元。荧光团核心2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑（HBT）以其显著的激发态分子内质子转移（ESIPT）行为而闻名，这赋予了它独特的光物理特性

结论

在这项研究中，我们合理设计并合成了一种新的双响应荧光探针INS，能够在单一分子平台上选择性和灵敏地检测PhSH和N?H?。据我们所知，此前没有探针能够通过不同的荧光输出同时区分PhSH和N?H?。该探针将2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑（HBT）荧光团与2,4-二硝基苯磺酰（DNBS）和1,3-茚二酮反应基团结合在一起

CRediT作者贡献声明

Mehmet Oguz：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，研究，数据分析，概念化。Duygu Aydin：方法学，研究，数据分析，概念化。Sait Malkondu：撰写 – 原稿，方法学，研究。Serkan Erdemir：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢塞尔丘克大学研究基金会（SUBAP-24401253）和土耳其吉雷松大学科学项目办公室（GUBAP）提供的财政支持。