海南大学曾潮元课题组和山东理工大学舒伟课题组Food Chem.：食品和生物系统中有机磷农药的超快检测

有机磷农药（OPS）在现代农业生产中通常用作杀虫剂或杀螨剂。尽管每个国家/地区有不同的现用OPS剂量标准，但农药滥用仍然存在。滥用OPS会导致环境污染，严重破坏生态平衡。OPS具有生物毒性，其广泛使用对食品安全和人类健康构成重大风险，包括生殖障碍、肝损伤、遗传疾病、神经系统疾病和胎儿发育障碍等。而传统的检测方法由于设备和操作的限制，通常无法及时有效地识别OPS。因此，开发快速、直接和精确的OPS检测技术对于确保食品安全、保护人类健康和保护环境以及生态平衡至关重要。

近日，海南大学曾潮元（点击查看介绍）课题组和山东理工大学舒伟（点击查看介绍）课题组在Food Chemistry 上发表了一项重要研究，他们基于4-[4-（二甲氨基）苯乙烯基]吡啶结构，成功设计了一种新型近红外荧光探针PT-CES，PT-CES能够极迅速的响应羧酸酯酶（CES）。基于OPS对羧酸酯酶的抑制原理，他们成功将PT-CES用于检测食品中的有机磷农药残留。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。海南大学2021级博士研究生樊彩玲为论文的第一作者。

作者成功设计并合成了近红外荧光探针PT-CES，CES通过水解探针结构中的酯基基团，生成PT-OH，从而开启ICT过程，产生荧光。

图1. PT-CES与CES的反应机制

作者对PT-CES的光谱性能进行了研究，确定PT-CES的检测限（LOD）为0.00396 u/mL，表明探针能够实现对CES实现微量检测。同时PT-CES对CES的响应极为迅速，荧光强度稳定，并具有优秀的特异性和抗干扰能力。

图2. 对PT-CES的光谱性能研究。

作者将PT-CES应用于OPS的定量检测。首先对两种OPS（敌敌畏和敌百虫）的含量与探针荧光强度之间的关系进行了研究，确定了PT-CES对敌敌畏和敌百虫的检测限分别为18.90 μg/L和16.529 μg/L。这表明PT-CES具有检测低浓度OPS的能力。

图3. 对PT-CES荧光强度与OPS（敌敌畏和敌百虫）含量之间关系的研究。

OPS会对人体造成损伤，因此作者进一步研究了PT-CES的生物成像能力。CES主要聚集在细胞的线粒体中，作者首先通过PT-CES与商品化染料Mito-Tracker Green的共定位实验，证明了PT-CES可以靶向细胞线粒体。

图4. PT-CES在L0-2细胞中的共定位试验。

随后作者将PT-CES分别孵育BNPP（羧酸酯酶抑制剂）、敌百虫处理后的HepG2（肝癌）的细胞，并进行荧光成像，发现与对照组细胞相比，两组细胞的相对荧光强度都发生了不同程度的降低。这证明农药（敌百虫）可抑制HepG2细胞中的CES的活性，并且PT-CES能够检测CES的活性变化。

图5. PT-CES在HepG2细胞中的成像。

肝脏作为人体的重要器官之一，承担着解毒作用，而这一作用与CES活性相关。作者还研究了PT-CES在损伤肝脏组织中的成像能力。

图6. PT-CES在小鼠肝脏组织中的成像。

总结

在这项研究中，作者开发并合成了一种新型近红外荧光探针用于超快速检测CES。PT-CES反应极为迅速，可瞬间响应。PT-CES还具有荧光强度强、稳定性好、特异性高和抗干扰能力强等特点。基于酶抑制原理，作者将PT-CES成功应用于蔬菜中的农药残留检测，以及监测生物细胞和组织中CES活性变化。总之，PT-CES的出色性能为提高食品安全和检测农药污染提供了一种前景广阔的方法。

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）：

A novel ultrafast and highly sensitive NIR fluorescent probe for the detection of organophosphorus pesticides in foods and biological systems

Cailing Fan, Liangchen Wei, Yongwei Limeng, Yumeng Li, Mingyue Zheng, Yonghao Song, Wei Shu, Chaoyuan Zeng

Food Chem., 2024, DOI: 10.1016/j.foodchem.2024.141172

导师介绍

曾潮元

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

舒伟

https://www.x-mol.com/groups/weishu