热点应用丨荧光探针用于吗啡高选择性及灵敏度检测

尽管吗啡可能被视为一种陈旧的药物，但它仍在医学领域广泛使用，并且是海洛因和可待因等物质的代谢物。准确检测像吗啡这样的受控物质，对临床和法医应用至关重要。高效液相色谱（HPLC）和质谱等传统实验室检测方法存在成本高、便携性低以及需要专业培训等不足。

便携式手持荧光分光光度计与选择性荧光探针相结合，为化学物种的现场检测提供了一种廉价且快速的替代方案。为了表征这些传感器的光致发光特性并确定其检测限，科研级仪器（如 FS5 荧光光谱仪）在这类传感器的研发过程中必不可少。Bournemouth University的研究人员在《Sensors》期刊上发表的这篇论文，报道了一种用于检测吗啡的新型化学传感器（7-methoxy-[1,1’-binapthalen]-7-ol，图 1a），该传感器能够对吗啡进行灵敏且选择性的检测¹。该传感器通过非共价相互作用与吗啡结合，对吗啡表现出 “关闭” 响应，从而导致荧光探针的静态猝灭（图 1b）。

图 1：(a) 荧光探针7-methoxy-[1,1’-binapthalen]-7-ol的分子结构，(b) 荧光探针通过范德华力和 π-π 堆叠相互作用与吗啡结合。

荧光探针的光致发光（PL）

首先测量了荧光探针自身的 PL 特性。传感器在甲醇中的三维光谱显示，其最大发射和激发分别为 369 nm 和 325 nm（图 2）。

图 2：(a) 荧光探针在甲醇中的三维荧光，(b) 荧光探针的归一化激发和发射光谱。

随后，采用同步荧光光谱法对合成的荧光探针的纯度进行了近似分析。在该测量中，激发和发射单色仪以固定的波长差同时扫描。这种测量有助于检测具有独特荧光特性的痕量杂质的存在。样品在整个波长范围内呈现出一致的发射谱形，表明该产物相对纯净（图 3a）。接下来，通过在 10 分钟内进行一系列连续测量，测试了荧光探针的光稳定性。

结果发现，荧光探针的发射具有高度稳定性，因此其在应用中足够可靠（图 3b）。

图 3：(a) 荧光探针的同步荧光三维图，(b) 荧光探针在 10 分钟内的重复发射测量。

荧光探针与吗啡结合后的光致发光

接下来，评估了荧光探针与吗啡结合后的 PL 特性。首先，收集了纯吗啡在甲醇中（10 ppb – 50 ppm）标准溶液的发射光谱。在 325 nm 激发下，吗啡在 366 nm 处产生一个弱发射峰（图 4a，插图），与荧光探针在 369 nm 处的发射峰重叠。

将荧光探针与浓度递增的吗啡（0 ppb – 40 ppm）混合后，荧光信号降低（图 4a）。关键的是，传感器的发射与吗啡浓度呈负线性关系，检测限低至 8 ppb（图 4b）。

对于浓度高于 40 ppm 的情况，纯吗啡的发射峰可作为指示剂，使该检测系统具有较宽的动态范围。

图 4：(a) 荧光探针在吗啡浓度递增时的发射情况。插图：纯吗啡的发射光谱，(b) 荧光探针峰强度与吗啡浓度的关系图。

荧光探针的选择性

为评估荧光探针对吗啡的选择性，将其与氯胺酮、咪达唑仑、尼古丁和苄基哌嗪（BZP）等其他药物的 20 ppm 溶液进行了输出测试。荧光探针 + 药物的荧光发射（F）以荧光探针单独存在时的发射（F''）进行归一化。在其他药物存在时，荧光探针的荧光强度要么不受影响，要么有所增加，仅在吗啡存在时观察到猝灭（图 5a）。

接下来，测试了荧光探针在吗啡（20 ppm）与其他药物（20 ppm）混合存在时的发射情况。荧光探针的发射强度降低，表明即使在其他物质存在的情况下，该荧光探针仍对吗啡具有亲和力（图 5b）。

图 5：(a) 荧光探针对吗啡和其他药物的响应输出，(b) 荧光探针对吗啡与其他药物混合物的响应输出。