《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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本研究開發(fā)了一種基于Co2+動(dòng)態(tài)淬滅和KAN觸發(fā)的AIEE增強(qiáng)的“off-on”熒光探針，用于食品和飲料中卡那霉素的檢測。該探針具有1-30 μM的寬線性范圍和0.5 μM的低檢測限，成功應(yīng)用于芒果汁、酸奶和番茄中，回收率92.73%-108.45%，展示了良好的靈敏度和選擇性。
阿韋斯·馬德尼（Awais Madni）|王高翔（Gaoxiang Wang）|姜亞楠（Yanan Qiang）|海瑟姆·薩阿德·阿爾-馬什里基（Haitham Saad Al-mashriqi）|齊勝達(dá)（Shengda Qi）|翟洪林（Honglin Zhai）
中國蘭州市蘭州大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，郵編730000
摘要
在本研究中，開發(fā)了一種“開關(guān)”熒光（FL）探針，用于檢測食品和飲料中的卡那霉素（KAN）。由于動(dòng)態(tài)淬滅效應(yīng)，谷胱甘肽保護(hù)的金納米簇（GSH-AuNCs）的FL信號(hào)會(huì)被鈷（Co2+）離子抑制。在Co2+離子的作用下，GSH-AuNCs表現(xiàn)出“關(guān)閉”狀態(tài)。然而，當(dāng)加入卡那霉素（KAN）時(shí)，由于KAN誘導(dǎo)的聚集增強(qiáng)效應(yīng)（AIEE），GSH-AuNCs的FL信號(hào)得以恢復(fù)，此時(shí)GSH-AuNCs-Co2+探針轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_啟”狀態(tài)。該探針首次被用于KAN的檢測，其線性檢測范圍為1–30 μM，檢測限為0.5 μM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該探針能夠有效檢測NFC芒果汁、酸奶和番茄中的KAN，回收率在92.73%至108.45%之間。本研究建立了一種具有高靈敏度的廣泛檢測平臺(tái)，可實(shí)際應(yīng)用于KAN的篩查。
引言
動(dòng)物源性食品中殘留的抗生素對(duì)食品安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。如果人類長期攝入含有抗生素殘留的食物，可能會(huì)對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性[2]。卡那霉素（KAN）屬于氨基糖苷類抗生素[3]，對(duì)革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細(xì)菌具有強(qiáng)烈的抗菌作用[4]，能有效抑制細(xì)菌的繁殖[5]。由于其高效性和較低的成本，KAN是獸醫(yī)用藥中的常用成分，用于治療和預(yù)防多種動(dòng)物的傳染病[6]。然而，如果使用不當(dāng)，KAN會(huì)在食品中過量積累[7]，從而引發(fā)過敏反應(yīng)、神經(jīng)肌肉功能障礙、造血系統(tǒng)毒性及腎毒性等健康風(fēng)險(xiǎn)[8]。這些殘留物可通過牛奶和肉類等動(dòng)物源性食品進(jìn)入人體[9]。根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)，牛奶中的KAN最大殘留限（MRL）不應(yīng)超過150 μg.kg?1，而中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這一限值為200 μg.kg?1[10]。目前已有多種分析方法用于檢測食品中的KAN[11]，包括氣相色譜-質(zhì)譜（GC–MS）、液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）、表面等離子體共振（SPR）、毛細(xì)管電泳（CE）、酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）和高性能液相色譜（HPLC）等。然而，HPLC方法需要樣品經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)衍生處理[16]；ELISA方法的背景信號(hào)較強(qiáng)，導(dǎo)致靈敏度較低[17]。這些分析方法通常設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、耗時(shí)較長，并且需要使用有機(jī)試劑，限制了其在KAN檢測中的廣泛應(yīng)用[20]。因此，亟需開發(fā)一種成本低廉、選擇性高的KAN檢測探針。熒光（FL）探針具有諸多優(yōu)勢(shì)，如低檢測限、低成本、高選擇性、穩(wěn)定性好、檢測速度快且操作簡便[21]。與傳統(tǒng)有機(jī)染料相比[22]，熒光探針更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)激發(fā)和發(fā)射波長來優(yōu)化性能，同時(shí)具有優(yōu)異的光學(xué)特性和高量子產(chǎn)率[23]。探針材料的選擇基于其輸出信號(hào)特性，常見的有納米材料和有機(jī)熒光染料[24]。金納米簇（AuNCs）因具有高光穩(wěn)定性、低毒性和良好的水溶性而成為優(yōu)選材料[25]。Nie等人設(shè)計(jì)了一種基于比率熒光原理的KAN檢測探針；當(dāng)加入KAN后，由于KAN與4-氨基-3-肼基-5-巰基-1,2,4-三唑（AHMT）的相互作用，銅納米簇（CuNCs）的FL信號(hào)被抑制，而KAN的加入使FL信號(hào)恢復(fù)[26]。Wang等人制備了一種基于DNA-AgNCs和AuNPs的適配體熒光探針，DNA與AuNPs的相互作用導(dǎo)致FL信號(hào)減弱，但加入KAN后FL信號(hào)恢復(fù)[27]。Qi等人合成了基于乙醇激活的銀摻雜金納米簇（AuAgNCs）的熒光探針，乙醇能夠破壞AuAgNCs結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)KAN與納米簇的結(jié)合，增加FL信號(hào)強(qiáng)度[25]。因此，亟需開發(fā)一種靈敏度高、選擇性好、穩(wěn)定性強(qiáng)且響應(yīng)時(shí)間快的KAN檢測探針。受這些研究的啟發(fā)，本研究首次開發(fā)了一種基于鈷（Co2+離子抑制的谷胱甘肽修飾金納米簇（GSH-AuNCs）的“開關(guān)”熒光探針（見圖1）。由于動(dòng)態(tài)淬滅效應(yīng)，加入Co2+離子后GSH-AuNCs的FL信號(hào)被抑制；但隨著Co2+離子濃度的增加，F(xiàn)L信號(hào)逐漸增強(qiáng)。當(dāng)KAN與GSH-AuNCs-Co2+探針結(jié)合時(shí)，由于KAN誘導(dǎo)的聚集增強(qiáng)效應(yīng)（AIEE），F(xiàn)L信號(hào)再次增強(qiáng)。該探針在1–30 μM濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出線性響應(yīng)，檢測限為0.5 μM，能夠有效檢測食品和飲料中的KAN殘留。
化學(xué)試劑與儀器
在本研究中，所有化學(xué)試劑在使用前均無需進(jìn)一步純化。葡萄糖（Glu）、果糖（Fru）、蛋氨酸（Met）、阿米卡星（AMK）、新霉素（NEO）、帕羅莫霉素（PMM）、紅霉素（ERY）、氧氟沙星（OFL）、四環(huán)素（TC）、卡那霉素（KAN）、四氯金酸氫鹽三水合物（HAuCl4·3H2O）和谷胱甘肽（GSH）均購自上海Titan Scientific有限公司。六水合三氯化鉻（CrCl3·6H2O）、三氯化鐵（FeCl3和二氯化鈷（CoCl2）也用于實(shí)驗(yàn)。GSH-AuNCs的表征
制備的GSH-AuNCs通過多種技術(shù)進(jìn)行了表征，包括紫外-可見吸收光譜、熒光光譜（FL）、透射電子顯微鏡（TEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X射線光電子能譜（XPS）和基質(zhì)輔助激光解吸/飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI TOF-MS）。TEM用于觀察GSH-AuNCs的直徑和形態(tài)。結(jié)論
本研究制備的GSH-AuNCs在Co2+離子作用下熒光信號(hào)被動(dòng)態(tài)抑制，表現(xiàn)為“關(guān)閉”狀態(tài)；加入KAN后，由于KAN與GSH-AuNCs的相互作用，F(xiàn)L信號(hào)增強(qiáng)，探針轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_啟”狀態(tài)。該探針的線性檢測范圍為1–30 μM，檢測限為0.5 μM，回收率在92.73%至108.45%之間。即使在存在干擾物質(zhì)的情況下，該探針仍表現(xiàn)出良好的選擇性。作者貢獻(xiàn)聲明
阿韋斯·馬德尼（Awais Madni）：方法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)整理、實(shí)驗(yàn)研究、初稿撰寫。王高翔（Gaoxiang Wang）：軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)分析。姜亞楠（Yanan Qiang）：方法研究。海瑟姆·薩阿德·阿爾-馬什里基（Haitham Saad Al-mashriqi）：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。齊勝達(dá)（Shengda Qi）：項(xiàng)目構(gòu)思、方法制定、數(shù)據(jù)可視化及修訂與編輯。翟洪林（Honglin Zhai）：項(xiàng)目監(jiān)督與管理。利益沖突聲明
作者聲明不存在可能影響本研究結(jié)果的財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系。
致謝
本研究得到了中國甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：24CXGA021）的支持。
