基于TCPP-His@ZIF-8的近红外荧光传感平台的开发，用于高灵敏度地检测米托蒽醌

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Development of a near-infrared fluorescence sensing platform based on TCPP-His@ZIF-8 for highly sensitive mitoxantrone detection

近红外荧光复合材料TCPP-His@ZIF-8通过酰胺缩合反应共价锚定于His@ZIF-8表面，实现米托坦星（MITX）的高灵敏度检测（0.125-14.0 μM，检测限91.93 nM）。荧光猝灭机制包含静态猝灭（吸收峰位移）和动态猝灭（荧光寿命缩短），以内滤效应为辅。抗干扰实验表明其选择性优异，实际样品（自来水、牛奶、血清）加标回收率满意。

　　

裴武|杨蛟|李成|程瑶|熊晨

南京工业大学化学与分子工程学院，中国南京211816

摘要

成功制备了一种新型近红外发光荧光复合材料TCPP-His@ZIF-8。通过酰胺缩合反应，将四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）共价连接到L-组氨酸（His）修饰的ZIF-8金属有机框架表面。该材料作为一种高灵敏度的近红外荧光传感平台。引入米托蒽醌（MITX）作为荧光淬灭剂后，该材料实现了对MITX的高选择性和高灵敏度荧光检测。机理研究表明，MITX对TCPP-His@ZIF-8的荧光淬灭涉及多种机制：吸收峰的移动证实了静态淬灭的存在，而FRET是导致荧光寿命缩短的主要机制，即动态淬灭过程。内滤光效应（IFE）部分地降低了表观荧光强度，但不是主导因素。在最佳实验条件下，该传感器在0.125–14.0 μM范围内对MITX的检测具有良好线性，检测限低至91.93 nM。抗干扰和选择性实验表明，常见干扰物和抗生素类似物对检测没有显著影响。此外，在自来水、牛奶和人血清等实际样品中的加标回收实验结果令人满意，验证了该方法在实际应用中的可靠性和潜力。

引言

米托蒽醌（MITX）是一种蒽醌类抗生素衍生物，广泛用于治疗各种恶性肿瘤，如转移性乳腺癌[1]、急性髓系白血病[2][3][4]和非霍奇金淋巴瘤[5]。研究表明，这种药物可以与DNA链相互作用，抑制DNA复制，从而抑制癌细胞的快速分裂和增殖[6]。当静脉注射剂量超过最大耐受水平时，MITX可导致骨髓抑制、心脏毒性、恶心、呕吐、食欲不振、腹泻等疾病[7]。此外，仅有约60–70%的给药量被人体吸收[8]。如果释放到环境中，可能对生态系统构成潜在威胁。因此，建立快速准确的MITX检测方法对于确保临床用药安全和环境监测至关重要。

已有多种方法用于MITX的检测，包括高效液相色谱（HPLC）[9][10]、毛细管区电泳[11]、电化学方法[12][13][14]、共振瑞利散射[15]和共振拉曼散射[16][17]。然而，这些方法大多涉及复杂且耗时的程序，通常需要昂贵和复杂的仪器，这大大限制了它们的应用范围。相比之下，荧光传感技术具有高灵敏度、操作便捷性和快速响应等优点，使其成为MITX检测的有前景的方法。其中，魏等人[18]构建了一种MIP@rQDs@SiO?比率荧光探针，实现了对MITX的敏感检测；冯等人[19]开发了一种基于蓝色碳点（B-CDs）的双模式传感平台，用于选择性检测MITX。然而，这些荧光检测方法在选择性、抗干扰能力、实际样品应用和检测限方面仍有改进空间。因此，设计一种准确、简单、灵敏且成本效益高的荧光检测方法，用于检测生物体和环境中的MITX，仍然是一个亟待解决的问题。

金属有机框架（MOFs）由于其大的比表面积、可调的孔结构、丰富的暴露活性位点和可控的性质，在各个领域得到了广泛应用。应用包括化学传感[20][21]、光催化[22][23]、气体储存[24][25]和分离[26]、药物输送[27][28]以及生物成像[29]等。沸石咪唑框架（ZIFs）作为MOFs的一个子类，可以在常温条件下由咪唑基配体和金属离子自组装而成。值得注意的是，姚等人[30]成功开发了组氨酸功能化的介孔ZIF-8（His@ZIF-8），其中含有丰富的羧基、氨基和咪唑基团。这些官能团可以诱导四环素（TC）的聚集诱导发射（AIE）荧光。四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）是一种常见的近红外（NIR）荧光染料，用作构建NIR发射荧光传感器的辅助配体。其分子结构富含羧酸基团，可以与His@ZIF-8框架中的氨基发生酰胺反应，从而将TCPP牢固地锚定在ZIF-8表面，形成TCPP-His@ZIF-8复合材料。研究表明，MITX的UV–Vis吸收光谱在608 nm和660 nm处有特征峰，与TCPP的NIR发射峰（660 nm）有显著重叠。这表明MITX可以通过内滤光效应（IFE）在该光谱区域淬灭荧光。因此，红色荧光的ZIF-8显示出检测MITX的潜力。

基于上述优势，本研究使用L-组氨酸（His）修饰的ZIF-8（His@ZIF-8）作为基底，并引入TCPP以产生近红外荧光，从而实现对MITX的高效和灵敏检测。如图1所示，通过利用His@ZIF-8表面的氨基与TCPP的羧基之间的酰胺反应，成功构建了一种基于TCPP和His的锌基发光金属有机框架传感平台（TCPP-His@ZIF-8）。该传感平台具有高稳定性、便携性和准确性，以及近红外发射特性，可以避免低波长光谱的干扰，适用于便携式MITX检测。此外，通过光谱实验和荧光寿命测量等表征技术阐明了传感机制。该平台在实际样品检测中表现出可靠的性能，在实际环境样品中的MITX检测中显示出良好的回收率。因此，本研究开发了一种更便捷的MITX检测荧光传感平台，可有效应用于实际样品的灵敏和高效监测。（见表1。）

试剂和材料

米托蒽醌（MITX）和四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）购自上海必得医药科技有限公司。氯化锌（ZnCl?）来自上海新宝精细化工厂。三乙胺（TEA）由永华化工有限公司提供。抗坏血酸（AA）、谷胱甘肽（GSH）、谷氨酸（Glu）、多巴胺（DA）、阿莫西林（AMX）、恩诺沙星（ENR）、甲硝唑（MNZ）、环丙沙星（CIP）、诺氟沙星（NOR）和2-甲基咪唑均从其他供应商处获得。

TCPP-His@ZIF-8的表征

为了验证TCPP-His@ZIF-8的成功制备，进行了以下表征。为了研究TCPP配位对材料形貌的影响，使用SEM和TEM对His@ZIF-8[30]及其复合材料TCPP-His@ZIF-8进行了表征。如图1 a-d所示，原始的His@ZIF-8表现出典型的网状结构。与TCPP配位后，所得的TCPP-His@ZIF-8复合材料成功结合了大量的颗粒物质。

结论

总结来说，本研究成功制备了一种基于TCPP和His修饰的ZIF-8（TCPP-His@ZIF-8）的荧光传感器。该材料通过酰胺键将TCPP共价连接到His@ZIF-8框架上，赋予其稳定的近红外荧光特性和明确的识别机制。机理研究表明，MITX对TCPP-His@ZIF-8的荧光淬灭涉及多种机制：吸收峰的移动证实了静态淬灭的存在。

作者贡献声明

裴武：正式分析、概念化、数据整理、研究、方法学、验证、可视化、撰写——初稿。 杨蛟：数据整理、方法学、撰写——审阅、验证。 李成：概念化、正式分析、数据整理、方法学、撰写——审阅、验证。 程瑶：项目管理、监督、资金获取、撰写——审阅与编辑。 熊晨：监督、验证、撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。