《Food Chemistry》：Supramolecular assembly of squaraine dye for visual detection of paraquat via an indicator displacement assay
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基于超分子指示剂位移法的百草枯快速检测方法，利用J3-Ad squaraine染料与CB7形成稳定复合物，百草枯（PQ）破坏复合物诱导染料自组装，通过紫外-可见和荧光光谱检测，实现0-30 μM线性范围、1.86 μM检测限，在土壤和水果样本中验证回收率96.21-104.66%，提供简单快速可靠的PQ监测方案。
杨一娜|朱文轩|刘慧军|王佳颖|贾欣|陶玉春|孟静|孟庆宇|戴静|于丽佳|丁春光
国家职业安全卫生中心工程控制粉尘危害重点实验室，中国北京102308
摘要
百草枯（PQ）是一种高毒性和持久性的除草剂，对环境和公共健康构成严重威胁。本文开发了一种基于超分子指示剂置换分析（IDA）的方法来检测PQ，该方法使用了squaraine染料（J3-Ad）和cucurbit[7]uril（CB7）。PQ会从J3-Ad和CB7（J3&CB）复合物中置换出J3-Ad单体，促使J3-Ad自组装成H-聚集体。该过程通过紫外-可见光（UV–vis）吸收光谱、质子核磁共振（1H NMR）光谱以及密度泛函理论（DFT）计算进行了表征。该方法的检测限为1.86 μM，线性范围为0–30 μM，并表现出优异的抗干扰能力。该方法成功应用于土壤和水果样本中PQ的可视化检测，回收率在96.21–104.66%之间。这为环境和食品安全应用中监测PQ残留提供了一种简单、快速且可靠的方法。
引言
百草枯（PQ）是一种联吡啶类除草剂，由于其持久性、迁移性和对哺乳动物的急性毒性，对环境构成了严重威胁。它在土壤和沉积物中持续存在，并通过径流扩散，导致水生系统的长期污染（Roberts等人，2002；Zhang等人，2022）。这种污染会破坏生态系统，损害生物多样性，并抑制土壤微生物群落（例如细菌、放线菌、真菌）（Chen等人，2019）。此外，PQ对人体具有高度毒性，可引起多器官损伤（尤其是肺纤维化和肾衰竭），其致死剂量约为40 mg/kg，且目前尚无已知的解毒剂（Goyal等人，2024）。因此，许多国家已经禁止或严格限制了PQ的使用。然而，非法使用和遗留污染带来的风险仍然存在，因此需要准确监测环境、食品和生物样本中的PQ残留物以保护公共健康。传统的检测方法主要依赖于超高性能液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）（Chu等人，2020）、液相色谱-质谱（LC-MS）（Li等人，2023）、多反应监测（MRM）（Zhang等人，2023）、表面增强拉曼散射（SERS）（Li等人，2024）、电化学分析（Phumsathan等人，2025；Wachholz Junior等人，2022）和毛细管电泳（Guo等人，2023；Vinner等人，2001）。尽管这些方法灵敏度高，但分析时间较长、成本较高、样品制备复杂且需要先进的仪器设备。因此，开发快速、简单且经济高效的PQ检测策略仍然十分必要。
荧光方法因其灵敏度高、速度快和信号简单而具有吸引力（Ren等人，2024）。诸如cucurbit[n]uril（CBn）之类的荧光染料在传感应用中显示出潜力（Liu等人，2021；Tootoonchi等人，2016）。特别是cucurbit[7]uril（CB7）能与PQ形成非常稳定的复合物（K约为106M?1），从而通过指示剂置换分析（IDA）将结合转化为光学信号（Jia等人，2024；Ong等人，2002；Yang等人，2025）。以往的IDA设计通常采用以下方法：（i）荧光标记的荧光团直接报告客体结合（Shibata等人，2023；Sun等人，2014；Wang等人，2024；Zhang等人，2021），但这些方法容易受到环境干扰；（ii）通过添加淬灭剂最初抑制荧光团的荧光，随后分析物置换后荧光恢复（开-关模式）（Tan等人，2019）；（iii）添加淬灭剂（如还原氧化石墨烯（RGO）来淬灭被置换的荧光团的荧光（Jia等人，2022；Mao等人，2016）。然而，荧光信号强烈依赖于染料与RGO淬灭剂之间的荧光共振能量转移（FRET）效率，这使得该检测系统容易受到石墨烯结构变化的影响，如氧化程度、尺寸或层数的变化。此外，荧光团的修饰在合成上具有挑战性，并可能影响系统性能。
利用花青素染料（尤其是squaredaine染料）的固有自组装特性实现了直接信号转导。这种策略无需对荧光团进行修饰或添加额外的淬灭剂，因为这些染料在单体态、H-聚集体态和J-聚集体态之间转变时表现出明显的光谱位移（Liu等人，2025；Sun等人，2024）。基于这一特性，本研究旨在：（1）开发一种基于squaredaine染料J3-Ad和CB7的超分子探针，通过IDA机制实现PQ的灵敏和选择性检测；（2）评估其在水果和土壤样本中检测PQ的有效性。
材料
1-氨基金刚烷、1,3-丙烷磺内酯、2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）、敌草快二溴化物、阿特拉津、2-甲基-4-氯苯氧乙酸（MCPA）、敌敌畏、米乐斯、甲基磺酰甲烷和草甘膦购自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。cucurbit[7]uril（CB7）、PQ、草甘膦和草酸购自上海浩宏生物医学科技有限公司（中国上海）。吡啶酸盐购自ANPEL-TRACE Standard
PQ的检测策略
指示剂置换分析（IDA）是检测目标分子的关键方法。在本研究中，我们合成了squaredaine染料分子探针J3-Ad，如图1a所示，并在支持信息（SI）中进行了详细说明（图S1-S6，SI）（Zhu等人，2025）。J3-Ad含有两个作为客体位点的金刚烷基团。选择CB7作为该系统中的荧光团分子，因为它能够与PQ形成稳定的复合物（Kim等人，2002；Ong等人，2002）。
结论
总之，我们开发了一种基于squaredaine染料J3-Ad的检测方法，通过IDA实现了百草枯的可视化检测，该方法简单、灵敏度高，线性范围广（0–30 μM），检测限低（1.86 μM）。该探针在复杂环境中（包括土壤、食品和水果样本）表现出优异的抗干扰能力，这一能力通过一致且准确的回收结果得到了验证。这项工作展示了该探针在快速、经济高效和可靠检测方面的巨大潜力。
CRediT作者贡献声明
杨一娜：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，验证，方法学，数据管理。朱文轩：撰写 – 原始草稿，验证，方法学，数据管理。刘慧军：资金获取。王佳颖：数据管理。贾欣：数据管理。陶玉春：可视化处理，验证，方法学。孟静：可视化处理，验证，监督。孟庆宇：方法学，数据管理。戴静：可视化处理，监督，方法学。于丽佳：撰写 –
资金来源
本研究得到了北京市农产品腐败微生物和农药残留检测与控制重点实验室、河南省化学中毒检测重点实验室（HNHDJFK202404）、国家自然科学基金（NSFC）（21907021）以及国家卫生健康委员会国家职业安全卫生中心重点项目的支持（ZY-2023-ZD 06–01，ZY-2023-QN 03–01）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
