靶向丝氨酸水解酶家族的荧光探针及广谱农残检测

我国是农药生产和使用大国。尽管近年来一批高效、低毒、低风险的绿色农药正式上市，但传统有机磷、氨基甲酸酯和菊酯类农药在农业生产中仍广泛使用。尤其是传统高毒有机磷和氨基甲酸酯类农药的滥用导致的食品安全事件频发，严重影响环境生态安全和人民生命健康。因此，发展灵敏、可靠、广谱的农药残留检测新试剂新方法具有极其重要的理论和现实意义，也是关乎食品安全和人民健康的迫切需求。

基于酶抑制的农药残留荧光检测方法具有灵敏、廉价、快速、简单和准确的特点，受到人们的广泛关注。然而，传统酶抑制荧光检测的原理主要是，利用靶向乙酰胆碱酯酶或丁酰胆碱酯酶的荧光探针来监测农药（如有机磷等）对胆碱酯酶的抑制情况。目前，文献报道的绝大多数荧光探针都是靶向单一靶酶，无法实现对不同结构类型或不同作用机制的农药分子的同时检测。简言之，农药分子的化学结构多样性和农药作用靶标的多样性，大大限制了这种基于单一靶酶的荧光检测方法的灵敏度和适用范围。

图1. 基于多靶点的荧光探针3CP及其农残检测示意图。图片来源：Anal. Chem

针对这一关键挑战，华中师范大学杨光富（点击查看介绍）和杨文超（点击查看介绍）研究团队设计了一种新型多靶点荧光探针3CP，可以同时检测多种丝氨酸水解酶，并基于此构建了一种农药残留广谱检测平台，可以同时实现对多种结构类型农药的残留检测。该平台可以适应多种不同的工具酶，有助于提升农药残留检测的广谱性和灵敏度。该团队选择了常见的杀虫剂靶酶及其代谢酶—乙酰胆碱酯酶（AChE）、丁酰胆碱酯酶（BChE）、羧酸酯酶1(CE1)、羧酸酯酶2（CE2）和糜蛋白酶（CTR），采用计算机模拟技术设计了一个同时对上述多种靶酶具有优异响应的荧光探针。随后，基于该探针建立了酶抑制剂型的农残检测荧光方法，对于敌敌畏和西维因两种农药的检测限分别可达1.14 pg/L和240 ng/L，并成功实现了细胞、斑马鱼中的农药残留检测。特别需要指出的是，该探针首次实现了对菊酯类农药的荧光检测。

图2.（A）探针3CP基于不同的工具酶对于代表性农药的检测限，（B）探针3CP对于细胞和斑马鱼以及被农药处理过的细胞和斑马鱼中的成像结果。

相关结果近期发表在Analytical Chemistry上，华中师范大学硕士研究生郭吴英正和傅艺煊是该文的并列第一作者，杨文超教授和杨光富教授为通讯作者。

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Multienzyme-Targeted Fluorescent Probe as a Biosensing Platform for Broad Detection of Pesticide Residues

Wu-Yingzheng Guo, Yi-Xuan Fu, Shi-Yu Liu, Long-Can Mei, Yao Sun, Jun Yin, Wen-Chao Yang,* and Guang-Fu Yang*

Anal. Chem., 2021, 93, 7079–7085, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00553

导师介绍

杨光富

https://www.x-mol.com/university/faculty/10779 

杨文超

https://www.x-mol.com/university/faculty/10789