Dual-recognition "turn-off-on" fluorescent Biosensor triphenylamine-based continuous detection of copper ion and glyphosate applicated in environment and living system.
J Hazard Mater · 2024 · 477:135216 · PMID 39047560 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 환경과 생태 > 수생생물 · 사람
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
산업에서 배출되는 중금속 $\text{Cu}^{2+}$와 글리포세이트 제초제의 잔류물은 생태계에 만연하며, 시간이 지남에 따라 수역과 유기체 내에 축적되어 인간 및 생태학적 균형에 위협을 가한다. $\text{Cu}^{2+}$와 글리포세이트에 대한 신속하고, 높은 선택성 및 가역성을 가지며 민감한 생체 내 검출 바이오센서 개발이 시급하였다. 트라이페닐아민을 기반으로 하는 새로운 이중 인식 형광 바이오센서 MPH가 성공적으로 합성되었으며, 이는 $\text{Cu}^{2+}$에 대해 뛰어난 비율형광 소광 특성을 보였고, MPH-$\text{Cu}^{2+}$ (1:1) 앙상블은 글리포세이트에 대한 비율형광 복원 특성을 나타냈는데, 이 두 경우 모두 자연광과 UV 램프에서 관찰 가능한 색 변화를 보였다. 이 바이오센서는 각각 $\text{Cu}^{2+}$와 글리포세이트에 대해 "소광-복구" 형광을 통해 신속하고 우수한 선택성, 항간섭성 및 다중 주기 가역성을 나타냈다. 놀랍게도, Job's plot, FT-IR, ESI-HRMS, $^1\text{H NMR}$ 적정 및 동역학 및 열역학에 대한 이론적 계산을 기반으로 MPH와 $\text{Cu}^{2+}$의 결합 메커니즘, 그리고 MPH-$\text{Cu}^{2+}$ 앙상블과 글리포세이트의 결합 메커니즘이 각각 규명되었다. 또한, 바이오센서 MPH는 수돗물, 전통 중의학 인동덩굴 추출 용액 및 토양 샘플을 포함한 다양한 환경 시료에서 $\text{Cu}^{2+}$와 글리포세이트의 성공적인 검출 능력을 입증하였다. 한편, 벼 뿌리, MCF-7 세포, 제브라피쉬 및 마우스와 같은 여러 생체 내에서 미시적 및 거시적 규모 모두에서 $\text{Cu}^{2+}$와 글리포세이트의 형광 이미징이 성공적으로 달성되었다. 전반적으로, 본 연구는 $\text{Cu}^{2+}$와 글리포세이트를 시험관 내(in vitro)와 생체 내(in vivo) 모두에서 신속하고 가역적으로 검출할 수 있는 유망하고 다용도의 형광 바이오센서가 될 것으로 기대된다.ORIGINAL ABSTRACT
Heavy metal Cu2+ emitted in industry and residues of glyphosate pesticides are pervasive in ecosystems, accumulated in water bodies and organisms' overtime, constituting hazard to human and ecological balance. The development of rapid, highly selective, reversibility and sensitive biosensor in vivo detection for Cu2+ and glyphosate was imminent. A novel dual-recognition fluorescence biosensor MPH was successfully synthesized based on triphenylamine, which demonstrated remarkable ratiometric fluorescence quenching toward Cu2+, while MPH-Cu2+ (1:1) ensemble exhibited ratiometric fluorescence restoration for glyphosate, both with observable color changes in daylight and UV lamp. The biosensor exhibited rapid, outstanding selectivity, anti-interference, and multiple cycles reversibility through "turn-off-on" fluorescence towards Cu2+ and glyphosate, respectively. Surprisingly, the clearly binding mechanisms of MPH to Cu2+ and MPH-Cu2+ ensemble to glyphosate were determined, respectively, based on the Job's plot, FT-IR, ESI-HRMS, 1H NMR titration and theoretical calculations of dynamics and thermodynamics. In addition, biosensor MPH demonstrated successful detection of Cu2+ and glyphosate across diverse environmental samples including tap water, extraction solutions of traditional Chinese medicine honeysuckle and soil samples. In the meantime, fluorescence imaging of Cu2+ and glyphosate at both micro and macro scales in various living organisms, such as rice roots, MCF-7 cells, zebrafish, and mice, were successfully achieved. Overall, this work was expected to become a promising and versatile fluorescence biosensor for rapid and reversible detection of Cu2+ and glyphosate both in vitro and vivo.| 저자 | Liu, Y. T.; Zhang, Q. Q.; Yao, S. Y.; Cui, H. W.; Zou, Y. L.; Zhao, L. X. |
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| 저널 | Journal of hazardous materials |
| 권·호·쪽 | 477, 135216 |
| PMID | 39047560 |
| DOI | 10.1016/j.jhazmat.2024.135216 |
| MeSH | Glyphosate; Copper; Glycine; Biosensing Techniques; Animals; Zebrafish; Herbicides; Water Pollutants, Chemical; Humans; Fluorescence; Mice; Fluorescent Dyes |