摘要
重金属涉及电池制造、冶金、汽车制造等多个行业。然而，工业化生产导致大量重金属离子向环境中排放，对人类健康造成重大危害。硫离子(S2-)是日常生活中常见的一种工业污染物，人体长期处在高水平S2-环境中会出现各种健康问题。此外，组氨酸(L-His)作为一种人体必需的天然氨基酸，异常含量的组氨酸是许多疾病的根本原因。草甘膦(Glyp)作为一种高效除草剂，它的广泛使用对生态环境和人类健康构成严重威胁。在过去的几年时间里，多肽荧光探针因其生物相容性高、循环性好、水溶性好等独特优势被广泛报道。然而，许多多肽荧光探针只能基于荧光单模式检测目标分析物，很难在自然光下实现裸眼可视化比色识别，单功能多肽荧光探针的应用范围非常有限。设计和开发出能通过比色和荧光两种模式进行检测的双功能探针具有重大而深远的意义。本文设计合成了三种比色/荧光双功能多肽探针(FAHK、L1、L2)，并研究了其对生物小分子(Cu2+、Hg2+、S2-、L-His、Glyp)的选择性检测性能，并将双功能多肽荧光探针用于实际水样分析、活细胞成像、试纸识别以及手机软件半定量检测。 (1)通过模拟铜肽的结构，我们设计并合成了一种异硫氰酸荧光素(FITC)标记三肽(Ala-His-Lys-NH2)的双功能多肽探针FAHK。FAHK对Cu2+和Hg2+表现出高选择性和快速猝灭响应。通过Job工作曲线测定FAHK与Cu2+/Hg2+以2∶1的比例结合，并形成两个非荧光系综FAHK-Cu2+与FAHK-Hg2+。Cu2+和Hg2+的检测限分别为37.1nM和20.8nM。FAHK在365nm紫外灯和可见光下利用裸眼对Cu2+和Hg2+表现出显著的荧光和比色响应。作为两种有前景的接力响应探针，FAHK-Cu2+和FAHK-Hg2+系综基于荧光“off-on”响应模式高选择性识别了S2-，S2?的检测限分别为0.27μM(FAHK-Cu2+)和0.12μM(FAHK-Hg2+)。此外，鉴于FAHK的低毒性和生物相容性，通过活细胞成像展示了其在生物系统中的潜在应用。另外，FAHK还可以制成测试条，在365nm紫外光和可见光下通过裸眼对Cu2+、Hg2+和S2?进行可视化检测。 (2)将异硫氰酸荧光素(FITC)标记到四肽(His-Gly-Pro-Cys-NH2)合成了一种新型的荧光/比色双模式探针L1，并实现了Cu2+和L-His的连续检测。对L1进行了金属离子的紫外选择性实验和荧光选择性实验表明，L1对Cu2+表现出高度的选择性，且与Cu2+以2:1的结合比形成L1-Cu2+系综。Cu2+的检测限为7.1nM。我们进一步研究了L1-Cu2+系综对氨基酸的选择性实验，结果表明,基于荧光“off-on”响应，L1-Cu2+能高选择性和高灵敏检测L-His。通过低浓度的L-His荧光滴定数据，计算L-His的检测限为15.3nM。此外，L1对Cu2+和L-His检测的传感行为可以在较宽的pH区间(7.0–12.0)内进行。细胞成像研究表明，L1很容易被应用于活细胞中实现Cu2+和L-His的连续成像。此外，还制备了快速灵敏地检测Cu2+和L-His的试纸条。结合智能手机和颜色变化，建立了R/B与Cu2+浓度的半定量关系，检测限低至0.29μM。 (3)将异硫氰酸荧光素(FITC)标记到四肽骨架(Asp-Lys-Ser-His-NH2)，设计并合成了一种新型的比色/荧光双模式探针L2。基于Cu2+的荧光猝灭机制，L2在100%水溶液中实现了对Cu2+的猝灭特异性识别，并形成了1:1的非荧光复合物(L2-Cu2+系综)，检测限低至10.9nM。由于草甘膦分子中含有氨基、磷酸、羧基等官能团，与Cu2+具有较强的配位性。将草甘膦加入L2-Cu2+系综后，L2-Cu2+系综中的Cu2+被草甘膦取代，引起L2的荧光恢复，从而实现草甘膦的特异性连续检测。L2-Cu2+系综在检测过程中表现出选择性好、检测限低(11.3 nM)、抗干扰能力强、pH响应范围宽(7.0–12.0)和反应快(40 s)的优点。此外，L2-Cu2+系综被成功地用于实际水样中草甘膦的检测，相对标准偏差(RSD)低于3%。此外，制备了L2的测试条用于快速分析Cu2+和草甘膦。最后，构建了智能手机辅助试纸条传感系统，在无需其他复杂设备的条件下实现了草甘膦的半定量检测。
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