基于发光细菌和AIE探针双重检测生物体内富集的汞离子

来源：X一MOL资讯

水体中汞离子的污染可对人体健康造成巨大的危害。传统的水质毒性检测，可利用发光细菌法，即发光细菌通过群体感应发出明亮的蓝绿光，而毒性物质可破坏群体感应，猝灭其生物发光。由于水体污染物成分复杂，利用发光细菌法仅能评估整体污染物的生物毒性，无法区分不同毒性物质。相对于发光细菌法，基于荧光探针的方法在检测汞离子方面具有高灵敏和特异性的优势，但传统荧光探针通常仅适于稀溶液中进行检测，不适于生物组织中富集的汞离子检测。这是由于传统的荧光探针在局部高浓度富集时，会导致明显的荧光自我猝灭。与之相反，具有聚集诱导发光（AIE）性质的荧光探针在稀溶液中不发光，但在聚集态可发出明亮的荧光，特别适于高信噪比检测生物体内局部富集的污染物。

近日，华南理工大学唐本忠院士团队提出了一种针对生物组织内富集的汞离子的双重检测策略（图1）：首先利用汞离子对明亮发光杆菌（P. phosphoreum）的毒性作用，猝灭其生物发光，进一步利用AIE探针2-AFN-I对汞离子的选择性结合能力以及聚集诱导发光特性，点亮检测发光杆菌内富集的汞离子。

图1. 基于明亮发光杆菌和AIE探针双重检测细菌内富集的汞离子。

在该工作中，AIE探针2-AFN-I在水溶液中由于分子内运动和扭曲的分子内电荷转移机制，几乎不发出荧光；当其与发光杆菌内汞离子选择性结合后，可基于分子内运动受限和离子取代的协同机制，发出明亮的荧光，可实现对发光细菌内富集的汞离子的选择性点亮检测。

作者首先验证了明亮发光杆菌的生物发光强度随汞离子浓度的增加而下降，而加入AIE探针2-AFN-I后，随汞离子浓度增加，AIE探针的荧光强度也随之增加，且呈现较好的线性关系（图2）。这是由于AIE探针可以有效结合发光杆菌内富集的汞离子，通过分子内运动受限以及碘离子取代的协同机制，有效增加辐射跃迁速率，降低碘离子对荧光猝灭的影响，实现对发光杆菌内富集的汞离子的点亮检测。该AIE探针与汞离子的结合能力，通过单晶结构进行了证实（图3）。

图2. 在不同浓度汞离子存在下，明亮发光杆菌的（A）生物发光光谱图和（B）在480 nm处的生物发光强度变化图；在不同浓度汞离子和发光杆菌存在下，AIE探针2-AFN-I的（C）荧光发射光谱图和（D）最大荧光发射强度的变化图；λex= 415 nm。

图3. （A）2-AFN-I和（B）2-AFN-HgCl2I的晶体照片，单晶结构及晶体内分子堆积图。

作者进一步考察了该AIE探针在明亮发光杆菌存在下，对不同金属离子的选择性检测能力，发现相对于Cu2+、Ag+、Pb2+、Pd2+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+和Co2+，该AIE探针对Hg2+有着最高的点亮检测比率（图4），这可能是由于HgI2 的溶度积常数Ksp (2.90×10-29) 远低于其它金属离子的碘化物造成的。

图4. 在明亮发光杆菌存在下，AIE探针2-AFN-I对不同金属离子选择性检测能力。

在该工作中，作者协同利用发光细菌法以及AIE探针对细菌内富集的汞离子的荧光点亮检测能力，可双重验证检测生物体内富集的汞离子污染物，比单独的发光细菌法或传统的荧光检测方法具有明显的优势。

这一成果近期发表在Chemical Communications上，文章的第一作者是华南理工大学硕士研究生黄乐滔，通讯作者为高蒙副研究员和唐本忠院士。