Kaixiang Cui, Min Qiao, Wan Xu, Zhen Yan, Haonan Peng*, Liping Ding*, and Yu Fang. ACS Appl. Nano Mater. 2024, 7, 11739-11748.

硫化氢(H₂S)是一种重要的内源性信号分子，其在生物医学和食品安全领域发挥着举足轻重的作用。在生物和食品样品中实现对H₂S可视化、便携和灵敏检测对疾病早期诊断和食品质量把控具有重要意义。然而，疾病早期和食物变质时，H₂S浓度较低，加之检测样品的固有复杂性、干扰因素多，给H₂S精确定量检测带来巨大挑战。比例型荧光传感通过测量两个不同波长荧光发射的强度比，可以有效克服对分析物的检测干扰，提高检测精度和实用性，且同时具有检测灵敏度高、可视化效果好等优点。然而，基于传统有机小分子制备比例荧光传感器通常需要复杂的合成过程，而且生物相容性差，限制其在某些特殊场景下的使用。

图1 Pyr@Py-SiO₂ NPs检测尿液中H₂S的性能评价:(a)人尿中H₂S滴定后的荧光光谱；(b) I₄₅₀/I₅₆₅随H₂S浓度的变化图(附图:I₄₅₀/I₅₆₅与H₂S浓度在0-15 μM范围内的线性关系)；(c)基于智能手机的H₂S检测系统示意图；(d)不同H₂S浓度下传感器溶液的读通道/绿通道比值线性图；(e)标准比色卡，显示不同H₂S浓度下的颜色变化，由智能手机传感器平台监测。误差条表示三个独立测量的标准差。

基于以上认识，本工作利用SiO₂纳米粒子易于功能化、生物相容性好的优势，采用一步共缩合的制备方法，将具有Förster共振能量转移（FRET）效应的芘和吡罗红共同修饰于SiO₂纳米粒子，设计制备了一种可对H₂S比例型响应的荧光纳米传感器（Pyr@Py-SiO₂ NPs）。实验结果表明Pyr@Py-SiO₂ NP_S中苯并吡喃单元可以与H₂S发生亲核加成反应，中断了纳米传感器中从芘到吡罗红的FRET过程，导致吡罗红在565 nm处的荧光发射显著降低。Pyr@Py-SiO₂ NP_S对H₂S具有显著的比例型响应特点，且展现了高选择性、高灵敏度（LOD=71.5 nM）和快速响应（≤10 s）。

图2 Pyr@Py-SiO₂ NPs试纸条在食品腐败中检测H₂S的应用。(a-b)鸡蛋变质评估(上:日光，下: 365 nm紫外光)。不带壳的鸡蛋被放置在玻璃容器中，并插入试纸条(左为破碎壳的鸡蛋，右为完整壳的鸡蛋)。(c-d)猪肉腐败检测: 左为25℃保存4天; 右为-4℃常温保存4天。

在智能手机辅助下，基于比色法和比例荧光检测的双模式响应，Pyr@Py-SiO₂ NP_S可实现对10%人体尿液中H₂S的定量便携式检测，通过建立的校准曲线和标准比色卡，可方便、直观地检测生物尿液中的H₂S。Pyr@Py-SiO₂ NPs还表现了在洋葱内表皮组织细胞中对内源性H₂S成像的应用潜力。此外，将Pyr@Py-SiO₂ NPs制备成试纸条薄膜传感器，可用于食物变质过程中标志性气体H₂S的检测，呈现较好的可视化检测应用效果。总之，新设计制备的荧光纳米传感器Pyr@Py-SiO₂ NPs为生物系统中H₂S传感和食品安全监测提供了一种有效的工具，具有较好的实际应用潜力。

第一作者：陕西师范大学博士研究生崔凯翔

通讯作者：陕西师范大学丁立平教授、彭浩南教授

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.4c01342