基于Off-On荧光平台的细菌孢子标记物多色、剂量灵敏可视化检测

  细菌孢子即使在细菌被杀死后也能在极端的环境中存活下来，而且在有利的条件下再次萌发。因此，致病孢子对人类健康、环境和食品安全构成潜在威胁。然而，由于细菌孢子渗透性低，很难用传统的染色方法染色，难以用传统的显微镜计数方法定量。此外，对显微仪器的要求及包括孵育、染色和计数在内的几个繁琐步骤阻碍了其在快速检测细菌孢子中的应用。二吡啶酸(dipicolinic acid，DPA)作为大多数致病菌孢子的独特生物标志物，已被用于通过多种方法进行细菌孢子的检测，包括聚合酶链式反应、免疫检测及拉曼光谱等。其中荧光检测平台凭借其现场检测直观，成本低，响应速度快、高通量等优点而备受关注。目前，各种基于镧系元素，特别是Tb3+的荧光探针已被构建用于DPA的荧光检测。然而，现有的报道中DPA的视觉灵敏度受到明显限制。

  近日，四川大学分析测试中心吴兰等将Tb3+与谷胱甘肽修饰的铜纳米团簇(CuNCS)相结合，制备了基于Tb-GSH-CuNCs的聚集诱导发射(aggregation-induced emission，AIE)荧光探针，用于致病细菌孢子标志物二吡啶甲酸的快速检测。与以往研究提出的荧光猝灭机制不同，该研究利用Tb3+与GSH-CuCNs之间的协同作用以及Tb3+与DPA之间的竞争结合，使AIE系统具有“关-开”功能。该研究中AIE荧光探针的“关-开”响应机制可以同时调节探针的荧光强度和发射波段，从而导致多色荧光变化而不是单色荧光变化。这种对DPA的多色响应表现出丰富的颜色梯度和高度辨别性颜色变化的特征，允许对DPA进行剂量敏感的视觉定量。

  如图1所示，Tb3+与GSH-CuNCs之间的配位引起AIE效应，聚集的CuNCs发出亮红色荧光。当系统中存在目标DPA的情况下，Tb3+有效地从Tb-GSH-CuNCs中竞争下来，并由于强亲和力与DPA结合，导致Tb-GSH-CuNCs AIE系统被破坏，红色荧光关闭。同时，Tb3+与DPA可以产生新的发射波段(493，548，586和624 nm)，基于“天线效应”，伴随着绿色荧光的开启。随着DPA浓度的增加，荧光传感系统呈现出从红色到浅红色、黄色、浅绿色、绿色的广泛而连续的颜色变化，具有丰富的颜色梯度和剂量敏感的辨色能力。在不引入荧光材料作为参考的情况下，方便地实现了DPA的多色传感。肉眼仍可识别浓度低至0.5 μM的DPA。该检测系统与智能手机APP结合，成功建立一个便携式平台，用于DPA的灵敏定量。

  图1 使用Tb-GSH-CuNCs聚集诱导发射探针用于细菌孢子标记物DPA多色荧光可视化检测平台原理图

  本研究在智能手机的辅助下，成功构建了基于Tb-GSH-CuNCs AIE探针的便携、稳定的DPA快速分析平台，显示出在现场环境中对DPA进行实际监测的巨大潜力，为病原菌孢子的快速可视化检测提供了新的思路。

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01542