一种双用途荧光探针，可用于食品产品和活细胞中选择性监测半胱氨酸

《Journal of Food Composition and Analysis》：A dual-purpose fluorescent probe for selective cysteine monitoring in food products and living cells

　　新型荧光探针DPE-Ar实现对复杂体系中半胱氨酸的高效检测与细胞成像，具有5分钟内快速响应、0.6 μM超低检测限和优异选择性，在鱼类、肉类等食品及活细胞实验中均表现优异。

　　近年来，随着食品安全和生物医学研究的不断发展，对特定氨基酸如半胱氨酸的检测需求日益增长。半胱氨酸作为一种条件性必需氨基酸，在生命活动中扮演着至关重要的角色，不仅参与蛋白质合成，还与多种生理和病理过程密切相关。在食品加工中，半胱氨酸被广泛用作添加剂和改良剂，能够改善面团的延展性、缩短混合时间和能耗，从而提升食品质量。同时，它也存在于多种天然食物中，如肉类（鲑鱼、鸭肉、鸡肉）、乳制品、大豆及其制品，以及蔬菜（洋葱、卷心菜、花椰菜）等。在人体健康方面，半胱氨酸水平的变化与多种疾病的发生发展密切相关，包括肝损伤、神经退行性疾病、癌症和心血管疾病。因此，快速、灵敏且能够在复杂样品中准确检测半胱氨酸的方法，对于保障食品安全和推进疾病研究具有重要意义。

传统的半胱氨酸检测方法，如电化学分析、高效液相色谱（HPLC）和质谱（MS），虽然能够提供高精度的结果，但往往存在一些明显的缺点。例如，这些技术通常需要昂贵的设备，操作流程繁琐，缺乏实时监测能力。相比之下，荧光探针因其独特的优点，如优异的选择性、高灵敏度、快速响应以及成本效益，逐渐成为一种更受欢迎的检测工具。荧光探针能够通过特异性反应与目标分子结合，从而产生可测量的荧光信号，这一特性使其在复杂体系中具有较高的应用价值。

然而，目前大多数荧光探针的应用主要集中在生物系统中，而对于食品样品中的半胱氨酸检测仍存在一定的局限性。一方面，许多探针在检测过程中反应时间较长，难以满足快速检测的需求；另一方面，半胱氨酸与其他硫醇化合物（如Hcy和GSH）的区分较为困难，尤其是在复杂的食品基质中。此外，一些探针的合成过程较为复杂，成本较高，且可能具有一定的细胞毒性，限制了其在活细胞中的长期应用。因此，开发一种能够同时满足食品分析和生物医学研究需求的多功能荧光探针，成为当前研究的一个重要方向。

针对上述问题，本研究设计并合成了一种新型荧光探针DPE-Ar，该探针基于香豆素衍生物荧光基团，并引入了高度特异性的丙烯酸酯基团作为半胱氨酸响应位点。该探针能够在半胱氨酸存在的情况下，通过特异性共价反应产生显著的荧光信号，从而实现对半胱氨酸的快速、灵敏和选择性检测。在实验中，DPE-Ar表现出优异的性能，包括响应时间短于5分钟、检测限低至0.6微摩尔，以及在25种其他氨基酸和竞争性硫醇化合物存在下仍能保持高选择性。这一特性使得DPE-Ar在复杂食品基质中具有较高的应用潜力。

此外，DPE-Ar还能够用于活细胞中的半胱氨酸成像，其细胞毒性极低（细胞存活率超过92%），使得该探针能够在活体条件下进行长期观察。在实际应用中，该探针成功应用于多种真实食品样品，包括鲑鱼、鸡肉和猪肉，检测结果具有较高的回收率（95.8–111.6%），表明其在食品分析中的可靠性。同时，DPE-Ar的荧光信号在紫外光照射下能够清晰可见，从黄色变为红色和橙色，这一颜色变化特性也为现场检测提供了便利。

为了进一步验证DPE-Ar的性能，本研究还通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对其响应机制进行了详细分析。实验结果表明，DPE-Ar在与半胱氨酸反应后，其吸收光谱和荧光光谱均发生了显著变化，且这种变化具有良好的线性关系，能够用于定量分析。此外，该探针在不同浓度的半胱氨酸存在下均能保持稳定的荧光信号，表明其具有较高的检测灵敏度和重复性。这些实验数据不仅证明了DPE-Ar在食品样品中的应用潜力，也为其在生物医学研究中的进一步拓展提供了依据。

在材料与仪器方面，本研究使用了多种先进的设备，包括紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪和核磁共振仪，以确保实验数据的准确性和可靠性。通过这些设备，研究人员能够精确测量DPE-Ar的吸收和荧光特性，并对其化学结构进行分析。此外，高分辨率质谱仪的使用进一步验证了DPE-Ar的合成过程和分子组成，确保其在实际应用中的稳定性。

在实验过程中，研究人员还对DPE-Ar的合成方法进行了优化，以提高其纯度和效率。通过合理的化学反应条件，成功合成了目标探针，并对其性能进行了系统评估。实验结果表明，DPE-Ar在合成过程中具有较高的产率，并且其化学结构符合预期，为后续的性能测试和应用研究奠定了基础。

综上所述，本研究开发的DPE-Ar荧光探针具有多重优势，能够同时满足食品分析和生物医学研究的需求。其快速响应、高灵敏度和优异选择性使其在复杂体系中具有广泛的应用前景。同时，该探针的低细胞毒性和良好的稳定性，使其能够在活细胞中进行长期观察，为疾病研究和细胞成像提供了新的工具。未来，随着研究的深入，DPE-Ar有望在更多领域得到应用，为食品安全和健康监测带来新的突破。