A multifunctional fluorescent sensor for sequential off-on-off visual detection of Zn2+ and glyphosate in food and biological matrices and efficient removal of Zn2+ from aqueous media.
Anal Chim Acta · 2026 · 1416:345825 · PMID 42401480 · 등급8 기타 분석법개발 · 환경과 생태 > 토양 거동 · 식이
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배경: 아연 이온($\text{Zn}^{2+}$)은 수많은 생리 과정에서 중요한 역할을 하는 필수 미량 원소이다. 그러나 그 불균형은 유해한 영향을 초래할 수 있다. 이러한 양면성은 $\text{Zn}^{2+}$의 모니터링 및 제거를 공중 보건에 매우 중요하게 만든다. 또한, 환경에서 글리포세이트(Glyp) 살충제의 광범위한 사용은 생태계에 심각한 위협을 제기한다. 따라서 환경 및 식품 매질로부터 $\text{Zn}^{2+}$/Glyp를 정밀하게 추적하고 효율적으로 흡착하는 기능을 결합한 통합 플랫폼을 개발하는 것이 식품 안전성을 확보하고 공중 보건을 보호하는 데 필수적이다. 결과: 본 연구에서는 피리독살 염산염과 1H-인돌-2-카르보하이드라자이드의 한 단계 축합을 통해 고성능 $\text{Zn}^{2+}$ 화학센서인 X6를 개발하였다. X6는 $\text{Zn}^{2+}$와 빠르게(30초 이내) 선택적으로 반응하여 안정적인 1:1 착물($\text{X}6-\text{Zn}^{2+}$)을 형성하였으며, 이때 뚜렷한 무색에서 노란색으로의 색 변화와 즉각적인 형광 "켜짐" 반응이 동반되었다. 한편, 생성된 금속 착물인 $\text{X}6-\text{Zn}^{2+}$는 20초 이내에 글리포세이트(Glyp) 검출에서 높은 성능을 보여 탐지 한계가 $33.6 \text{ nM}$에 달했다. 폴리비닐알코올(PVA)의 3차원 네트워크 구조를 활용하여 제어된 로딩 및 방출을 구현함으로써, $\text{X}6$는 PVA 하이드로젤에 담지되어 수성 환경으로부터 $\text{Zn}^{2+}$의 이중 신호 감지 및 효율적인 제거가 가능하게 되었다. 실제 응용을 위해 $\text{X}6$-기반 테스트 스트립은 스마트폰 지원 분석과 통합되어 복합 매질 내 $\text{Zn}^{2+}$와 Glyp 잔류물을 실시간으로 시각적 및 순차적으로 검출할 수 있게 하였다. 나아가, $\text{X}6$는 식품 및 생물학적 샘플에서 $\text{Zn}^{2+}$와 Glyp 잔류물의 정성적 검출에 성공적으로 적용되었다. 중요성: 본 연구는 신속한 시각적 검출, 정량 분석, 효율적인 제거, 그리고 바이오 이미징 기능을 통합한 다기능성 $\text{Zn}^{2+}$ 센서 플랫폼을 제시하였다. 또한, 이 플랫폼은 Glyp 잔류물 모니터링을 위한 다용도 전략을 제공하였으며, 환경 모니터링, 식품 안전성 및 생물학적 이미징 분야에 상당한 잠재력을 보여주었다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Zinc ions (Zn2+) are essential trace elements that play crucial roles in numerous physiological processes. However, their imbalance can induce harmful effects. This dual nature renders the monitoring and removal of Zn2+ critical for public health. In addition, the widespread use of glyphosate (Glyp) pesticide in the environment poses a serious threat to the eco-system. Therefore, developing integrated platforms that combine precise tracking with efficient absorption of Zn2+/Glyp from environmental and food matrices is essential for ensuring food safety and safeguarding public health. RESULTS: Herein, we developed a high-performance Zn2+ chemosensor, X6, via one-step condensation of pyridoxal hydrochloride and 1H-indole-2-carbohydrazide. X6 rapidly (within 30 s) and selectively reacted with Zn2+ to form a stable 1:1 complex (X6-Zn2+), accompanied by a distinct colorless-to-yellow color change and an immediate fluorescence "turn-on" response. Meanwhile, the resulting metal complex, X6-Zn2+, demonstrated high performance in glyphosate (Glyp) detection within 20s, achieving a detection limit of 33.6 nM. Taking advantage of the three-dimensional network structure of polyvinyl alcohol (PVA) for controlled loading and release, X6 was embedded into a PVA hydrogel, enabling both dual-signal sensing and efficient removal of Zn2+ from aqueous environments. For practical applications, X6-based test strips were integrated with smartphone-assisted analysis, enabling real-time visual and sequential detection of Zn2+ and Glyp residues in complex matrices. Moreover, X6 was successfully applied to the qualitative detection of Zn2+ and Glyp residues in food and biological samples. SIGNIFICANCE: This work presents a multifunctional sensor platform for Zn2+ that integrated rapid visual detection, quantitative analysis, efficient removal, and bioimaging capabilities. Furthermore, this platform also provided a versatile strategy for monitoring Glyp residues, demonstrating considerable potential for applications in environmental monitoring, food safety, and biological imaging.| 저자 | Han, X.; Li, Y.; Tan, X.; Qin, W.; Xu, H.; Chen, C. |
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| 저널 | Analytica chimica acta |
| 권·호·쪽 | 1416, 345825 |
| PMID | 42401480 |
| DOI | 10.1016/j.aca.2026.345825 |
| MeSH | Zinc; Glyphosate; Glycine; Fluorescent Chemosensor Compounds; Food Contamination; Spectrometry, Fluorescence; Humans; Water; Food Analysis; Fluorescent Dyes; Limit of Detection |