山东理工大学舒伟课题组和海南大学曾潮元课题组JAFC：用于食品中农药残留检测的新型超灵敏羧酸酯酶荧光探针

杀虫剂是现代农业的一个重要组成部分，在提高作物产量和预防病虫害方面发挥着关键作用。同时，它们也带来了一系列的负面影响，其中之一是农药残留问题。农药残留物会对人体健康产生影响，如食物中毒、免疫系统紊乱、癌症和其他疾病。长期接触农药，即使是低水平的农药，也对慢性健康状况和发育有影响。此外，农药显著影响生态环境，破坏生态平衡。因此，快速检测农药残留技术对于生态环境和人类健康有重大意义。

近日，山东理工大学舒伟（点击查看介绍）课题组和海南大学曾潮元（点击查看介绍）课题组在Journal of Agricultural and Food Chemistry 上发表最新研究，他们基于三氰呋喃（TCF）基团，成功设计了一种对羧酸酯酶（CES）极为灵敏的新型近红外荧光探针TCFCl-CES。由于农药对羧酸酯酶具有抑制作用，在这项研究中他们成功将TCFCl-CES用于检测蔬菜中的农药残留。此项工作对确保食品安全和提升农药残留分析具有重要意义。山东理工大学研究生韦良晨为论文的第一作者。

TCF基团作为构建小分子荧光探针的常用基团，作者在其基础上，成功设计并合成了近红外荧光探针TCFCl-CES。同时由于Cl原子的引入，探针的灵敏度以及荧光强度得到明显提升，检测限（LOD）为4.41 × 10^-5 u/mL。TCFCl-CES结构中具有酯基基团，CES通过水解作用，生成TCFCl-OH，从而开启ICT过程，产生荧光。

图1. TCFCl-CES与CES的反应机制

作者研究了TCFCl-CES的光谱性能，确定其检测限（LOD）为4.41×10^-5 u/mL，与报道过的部分探针相比，TCFCl-CES对CES更为灵敏，因此TCFCl-CES能够实现CES的超微量检测。同时TCFCl-CES荧光强度稳定，并具有优秀的特异性和抗干扰能力。

图2. TCFCl-CES的光谱性能研究

农药可以破坏CES的活性中心，抑制酶的活性，因此可以通过荧光探针响应CES后的荧光强度变化进行检测农药残留。作者选取了敌敌畏作为研究对象，首先对敌敌畏的含量与荧光强度之间的关系进行了研究，确定了TCFCl-CES对敌敌畏的检测限为27.509 μg/L。这表明TCFCl-CES具有检测低浓度敌敌畏的能力。

图3. 对TCFCl-CES荧光强度与敌敌畏含量之间关系的研究。

农药最终会对人体造成损害，因此作者尝试将TCFCl-CES应用于生物成像。CES在肝脏中表达量较高，其参与肝脏的解毒作用，因此CES的活性变化可以反映出肝脏的生理状态。作者使用TCFCl-CES分别孵育HepG2细胞和BNPP（羧酸酯酶抑制剂）处理后的HepG2细胞，与对照组细胞相比，实验组细胞的相对荧光强度显著下降。

图4. TCFCl-CES在HepG2细胞中的成像

此外，作者还研究了TCFCl-CES在损伤肝脏组织中的成像能力。结果表明，TCFCl-CES在三种不同的肝脏组织中，其荧光强度也有不同，能明显区分出不同的肝脏组织类型。因此TCFCl-CES也可以适用于肝脏组织成像。

图5. TCFCl-CES在小鼠肝脏组织中的成像

总结

在本研究中，作者设计并合成了一种新型的近红外荧光探针，用于检测羧酸酯酶。TCFCl-CES对CES极为灵敏，与CES反应后可以产生强而稳定的荧光信号，同时其具有优秀的特异性和抗干扰能力。TCFCl-CES展现优秀的检测能力，并已成功应用于检测蔬菜中的农药残留，以及监测细胞和肝脏组织的CES变化。TCFCl-CES的优异性能，以及在生物样品中的成像能力，为提高食品安全和检测农药污染提供了一种新的方法。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Novel Ultrasensitive Fluorescent Probe for Bioimaging Carboxylesterase and Detecting Pesticide Residues in Foods

Liangchen Wei, Yu Zhang, Mingyue Zheng, Cailing Fan*, Peng Zhang, Yongwei Limeng, Fengtang Yang, Chaoyuan Zeng, Xin Han*, Wei Shu*

J. Agric. Food Chem. 2024, 72, 20615–20621, DOI: 10.1021/acs.jafc.4c05893

导师介绍

舒伟

https://www.x-mol.com/university/faculty/356017 

曾潮元

https://www.x-mol.com/university/faculty/350942