《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Fluorescence probe for sensitive and selective screening of kanamycin using Co2+ ions quenched gold nanoclusters
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本研究开发了一种基于Co2+动态淬灭和KAN触发的AIEE增强的“off-on”荧光探针，用于食品和饮料中卡那霉素的检测。该探针具有1-30 μM的宽线性范围和0.5 μM的低检测限，成功应用于芒果汁、酸奶和番茄中，回收率92.73%-108.45%，展示了良好的灵敏度和选择性。
阿韦斯·马德尼（Awais Madni）|王高翔（Gaoxiang Wang）|姜亚楠（Yanan Qiang）|海瑟姆·萨阿德·阿尔-马什里基（Haitham Saad Al-mashriqi）|齐胜达（Shengda Qi）|翟洪林（Honglin Zhai）
中国兰州市兰州大学化学与化学工程学院，邮编730000
摘要
在本研究中，开发了一种“开关”荧光（FL）探针，用于检测食品和饮料中的卡那霉素（KAN）。由于动态淬灭效应，谷胱甘肽保护的金纳米簇（GSH-AuNCs）的FL信号会被钴（Co2+）离子抑制。在Co2+离子的作用下，GSH-AuNCs表现出“关闭”状态。然而，当加入卡那霉素（KAN）时，由于KAN诱导的聚集增强效应（AIEE），GSH-AuNCs的FL信号得以恢复，此时GSH-AuNCs-Co2+探针转变为“开启”状态。该探针首次被用于KAN的检测，其线性检测范围为1–30 μM，检测限为0.5 μM。实验结果显示，该探针能够有效检测NFC芒果汁、酸奶和番茄中的KAN，回收率在92.73%至108.45%之间。本研究建立了一种具有高灵敏度的广泛检测平台，可实际应用于KAN的筛查。
引言
动物源性食品中残留的抗生素对食品安全构成严重威胁[1]。如果人类长期摄入含有抗生素残留的食物，可能会对抗生素产生抗性[2]。卡那霉素（KAN）属于氨基糖苷类抗生素[3]，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有强烈的抗菌作用[4]，能有效抑制细菌的繁殖[5]。由于其高效性和较低的成本，KAN是兽医用药中的常用成分，用于治疗和预防多种动物的传染病[6]。然而，如果使用不当，KAN会在食品中过量积累[7]，从而引发过敏反应、神经肌肉功能障碍、造血系统毒性及肾毒性等健康风险[8]。这些残留物可通过牛奶和肉类等动物源性食品进入人体[9]。根据欧盟标准，牛奶中的KAN最大残留限（MRL）不应超过150 μg.kg?1，而中国标准规定这一限值为200 μg.kg?1[10]。目前已有多种分析方法用于检测食品中的KAN[11]，包括气相色谱-质谱（GC–MS）、液相色谱-质谱（LC-MS）、表面等离子体共振（SPR）、毛细管电泳（CE）、酶联免疫吸附测定（ELISA）和高性能液相色谱（HPLC）等。然而，HPLC方法需要样品经过复杂的化学衍生处理[16]；ELISA方法的背景信号较强，导致灵敏度较低[17]。这些分析方法通常设备昂贵、操作复杂、耗时较长，并且需要使用有机试剂，限制了其在KAN检测中的广泛应用[20]。因此，亟需开发一种成本低廉、选择性高的KAN检测探针。荧光（FL）探针具有诸多优势，如低检测限、低成本、高选择性、稳定性好、检测速度快且操作简便[21]。与传统有机染料相比[22]，荧光探针更具优势，因为它们可以通过调节激发和发射波长来优化性能，同时具有优异的光学特性和高量子产率[23]。探针材料的选择基于其输出信号特性，常见的有纳米材料和有机荧光染料[24]。金纳米簇（AuNCs）因具有高光稳定性、低毒性和良好的水溶性而成为优选材料[25]。Nie等人设计了一种基于比率荧光原理的KAN检测探针；当加入KAN后，由于KAN与4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三唑（AHMT）的相互作用，铜纳米簇（CuNCs）的FL信号被抑制，而KAN的加入使FL信号恢复[26]。Wang等人制备了一种基于DNA-AgNCs和AuNPs的适配体荧光探针，DNA与AuNPs的相互作用导致FL信号减弱，但加入KAN后FL信号恢复[27]。Qi等人合成了基于乙醇激活的银掺杂金纳米簇（AuAgNCs）的荧光探针，乙醇能够破坏AuAgNCs结构，从而促进KAN与纳米簇的结合，增加FL信号强度[25]。因此，亟需开发一种灵敏度高、选择性好、稳定性强且响应时间快的KAN检测探针。受这些研究的启发，本研究首次开发了一种基于钴（Co2+离子抑制的谷胱甘肽修饰金纳米簇（GSH-AuNCs）的“开关”荧光探针（见图1）。由于动态淬灭效应，加入Co2+离子后GSH-AuNCs的FL信号被抑制；但随着Co2+离子浓度的增加，FL信号逐渐增强。当KAN与GSH-AuNCs-Co2+探针结合时，由于KAN诱导的聚集增强效应（AIEE），FL信号再次增强。该探针在1–30 μM浓度范围内表现出线性响应，检测限为0.5 μM，能够有效检测食品和饮料中的KAN残留。
化学试剂与仪器
在本研究中，所有化学试剂在使用前均无需进一步纯化。葡萄糖（Glu）、果糖（Fru）、蛋氨酸（Met）、阿米卡星（AMK）、新霉素（NEO）、帕罗莫霉素（PMM）、红霉素（ERY）、氧氟沙星（OFL）、四环素（TC）、卡那霉素（KAN）、四氯金酸氢盐三水合物（HAuCl4·3H2O）和谷胱甘肽（GSH）均购自上海Titan Scientific有限公司。六水合三氯化铬（CrCl3·6H2O）、三氯化铁（FeCl3和二氯化钴（CoCl2）也用于实验。GSH-AuNCs的表征
制备的GSH-AuNCs通过多种技术进行了表征，包括紫外-可见吸收光谱、荧光光谱（FL）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）和基质辅助激光解吸/飞行时间质谱（MALDI TOF-MS）。TEM用于观察GSH-AuNCs的直径和形态。结论
本研究制备的GSH-AuNCs在Co2+离子作用下荧光信号被动态抑制，表现为“关闭”状态；加入KAN后，由于KAN与GSH-AuNCs的相互作用，FL信号增强，探针转变为“开启”状态。该探针的线性检测范围为1–30 μM，检测限为0.5 μM，回收率在92.73%至108.45%之间。即使在存在干扰物质的情况下，该探针仍表现出良好的选择性。作者贡献声明
阿韦斯·马德尼（Awais Madni）：方法设计、数据整理、实验研究、初稿撰写。王高翔（Gaoxiang Wang）：软件开发、数据分析。姜亚楠（Yanan Qiang）：方法研究。海瑟姆·萨阿德·阿尔-马什里基（Haitham Saad Al-mashriqi）：实验设计。齐胜达（Shengda Qi）：项目构思、方法制定、数据可视化及修订与编辑。翟洪林（Honglin Zhai）：项目监督与管理。利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国甘肃省科技计划项目（项目编号：24CXGA021）的支持。
