基于序列识别的比率型ZnEu荧光探针，用于按需检测四环素和磺胺二甲嘧啶

《Microchemical Journal》：Sequence-recognition-capable ratio-based Zn Eu fluorescent probe for on-demand detection of tetracycline and sulfadiazine

高效快速检测双抗生素的双金属荧光探针设计及其在复杂基质中的应用，

　　

张顺|杨磊|张一达|龚旭松|黄静|蔡立峰|邹汉勋|肖一宏|梁杰|黄建辉

福建省新兴污染物生态影响与处理技术重点实验室，莆田大学环境与生物工程学院，中国福建省莆田市351100

摘要

鉴于保护人类健康和生态安全的重要性，在复杂基质中实现高度特异性的抗生素顺序检测仍然是开发多重检测平台的核心挑战。在这项工作中，我们报道了一种新型的双金属罗丹明B@Zn-Eu (RhB@Zn-Eu)荧光探针，该探针通过定制的序列识别策略能够实现对四环素(TC)和磺胺嘧啶(SD)的靶向顺序检测。对于TC，它与探针中的Zn²⁺位点形成强配位键，触发光诱导电子转移(PET)和内滤光效应(IFE)，导致RhB在596 nm处的荧光淬灭；相比之下，SD与Eu³⁺的配位能力较弱，产生“一强一弱”的荧光响应，显著淬灭RhB在596 nm处的发射，同时增强探针在435 nm处的荧光强度。这种淬灭机制的差异支持了顺序识别策略：首先在365 nm激发下进行TC的初步筛查，如果不存在TC，则在254 nm激发下通过比率荧光信号实现SD的高选择性检测。此外，该方法已在包括食品、环境和生物基质在内的复杂实际样品中得到了验证，表现出超快响应(SD和TC的响应时间均小于1分钟)和低检测限(LOD：TC为0.71 μM，SD为1.16 μM)等显著优势，这不仅为多重抗生素检测提供了高性能的传感材料，还为设计用于多种分析物顺序分析的刺激响应荧光平台提供了新的见解。

引言

抗生素的广泛使用甚至滥用加剧了水环境的污染。抗生素的滥用不仅增加了细菌的耐药性，还对人类健康产生了不利影响[1]。具体来说，环境中的抗生素残留物通过各种途径进入人体，对肝脏和肾脏等重要器官造成损害[2]、[3]、[4]、[5]。SD和TC是两种典型的广谱抗生素。由于成本低廉且具有有效的抗菌性能，它们被广泛用于畜牧业和人类医学[6]、[7]。然而，SD和TC在人和动物的肠道中生物降解性较差。大量抗生素通过粪便和尿液直接排入水生和陆地生态系统，对生态完整性构成持续威胁。迄今为止，已经开发了多种抗生素检测分析技术，包括电化学分析[8]、[9]、色谱分析[10]、[11]和荧光分析[12]、[13]。然而，这些技术的高成本、专用仪器、劳动密集型的样品预处理程序以及对专业人员的依赖严重限制了它们的现场应用和广泛采用。因此，迫切需要开发快速、灵敏且成本效益高的SD和TC分析平台。

荧光探针由于其操作简便、成本低廉和响应迅速等突出优势，长期以来一直是分析传感领域的关键研究焦点[14]、[15]、[16]。它们被应用于食品安全、环境监测、药物分析和生物成像等多个领域[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]。最初的荧光探针主要是为单一分析物设计的。然而，在过去十年中，研究人员致力于开发多功能荧光探针，这些探针通常依赖于与不同目标相互作用产生不同的荧光信号以实现识别[25]、[26]、[27]、[28]。例如，张等人[29]报道了一种用于选择性检测Cu²⁺和Fe³⁺的比率荧光探针，利用RhB@UiO-67 (1,6)与(I₃₉₂/I₅₈₁)的双重响应作为输出信号。此外，曹等人[30]开发了Eu³⁺修饰的CdTe量子点(QDs)作为双功能荧光探针，在386 nm和275 nm的不同激发波长下分别实现对TC和炭疽孢子生物标志物2,6-吡啶二甲酸(DPA)的定量检测；卢等人[31]开发了一种基于硅量子点(SiQDs)的荧光分子印迹传感器，用于高度选择性和灵敏地检测SD。该传感器通过水相方法合成，将SiQDs与氨基功能化的二氧化硅纳米球和分子印迹聚合物(MIPs)结合，形成具有特定识别位点的SiQDs@NH₂-SiO₂@MIPs复合材料。该传感器在40–100 nmol·L^{?1?12+和Eu3+中心通过特定的结合和信号转导机制实现互补增强。此外，与需要复杂合成和严格尺寸控制的量子点探针相比，这种复合材料提供了简化的合成路线和低成本优势。}

通过结合双金属协同效应和机制驱动的信号区分策略，本文提供了一种设计多功能荧光探针的新方法，并展示了它们在复杂环境中按需检测抗生素的巨大潜力和独特优势(方案1)。

试剂和仪器

六水合硝酸锌(Zn (NO₃)₂·6H₂O、六水合硝酸铕(Eu (NO₃)₃·6H₂O、99.99%)、2-甲基咪唑(2-MI, 99%)和罗丹明B(RhB)分别从上海沪士实验室设备有限公司(中国上海)、上海亚当斯试剂有限公司(中国上海)和上海泰坦科技有限公司(中国上海)购买。甲醇从上海泰坦科技有限公司购买。所有使用的试剂均为分析级(AR)。

以下

RhB@Zn-Eu的合成与表征

在合成过程中，系统研究了铕离子(Eu³⁺)掺量对RhB@Zn-Eu复合材料结构和形态的调节作用。相应的扫描电子显微镜(SEM)图像进一步表明，随着Eu³⁺含量的增加，原始ZIF-8的形态逐渐被侵蚀和破坏(如图1a–c所示)。当Eu³⁺添加量为0.3 mmol时，材料表现出相对均匀且光滑的球形形态(图1)

结论

在这项研究中，成功开发了一种基于RhB@Zn-Eu的双金属荧光探针，实现了对四环素(TC)和磺胺嘧啶(SD)的区分和精确检测。该探针创新性地建立了“顺序激发”策略，为多重抗生素传感提供了新的范式。克服了传统单金属探针的局限性，后者具有单一目标响应和信号重叠的缺点，这种探针通过调节协同效应实现了...

CRediT作者贡献声明

张顺：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、研究、资金获取、正式分析、概念化。杨磊：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、验证、研究、资金获取、正式分析、数据管理。张一达：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取、正式分析。龚旭松：资金获取、正式分析。黄静：资金获取、正式分析。蔡立峰：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了福建省自然科学基金(编号：2022J011160)、莆田大学科研计划(资助编号：yjs2024031、yjs2025037、yjs2025026)、福建省科学技术协会福建省科技经济融合服务平台(FJKX-2024XRH08)、莆田市科技计划项目(资助编号：2023GZ2001PTXY21)以及本科教育教学研究项目的支持。