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荧光团定制技术赋能高灵敏度与高选择性硫化氢检测探针的深度探索

一、引言

1.1研究背景与意义

硫化氢（H_2S），作为一种无色且带有臭鸡蛋气味的气体，广泛存在于自然界与众多生产生活场景中。在生物体内，H_2S起初被单纯视为一种有毒气体，但随着科研的逐步深入，其作为内源性气体信号分子的关键作用逐渐被揭示。它参与了血管舒张、细胞存活及抗炎抗凋亡、氧化应激、胰岛素分泌、神经传递、能量代谢等诸多重要生理调节过程，在维持生物体正常生理功能方面扮演着不可或缺的角色。在肿瘤治疗领域，H_2S也展现出独特作用，能够通过多种方式调节铁死亡，进而提升肿瘤细胞对铁死亡的敏感性，为肿瘤治疗开辟了崭新思路。例如，厦门大学生命科学学院张永有教授团队的研究发现，H_2S介导的过硫化修饰能够重塑同源半胱氨酸代谢，增强非小细胞肺癌细胞对铁死亡的敏感性，为肺癌治疗提供了潜在新策略。

在环境领域，H_2S则是大气污染物之一。石油、化工、造纸等行业的废气排放中常常含有H_2S，其排放不仅会对生态环境造成破坏，还会对人体健康产生严重威胁。H_2S具有腐蚀性，会对金属设备造成严重破坏，影响生产设备的正常运行，增加企业的维护成本；其毒性也不容小觑，人体吸入后会出现头痛、恶心、呕吐等症状，严重时甚至可能导致昏迷和死亡。准确、及时地检测H_2S气体浓度，对于预防环境污染、保障人员安全和延长设备使用寿命都具有重要意义。通过检测，企业能够及时了解废气排放情况，采取相应措施减少H_2S的排放，从而保护环境和人民健康。

鉴于H_2S在生物和环境等领域的重要性，开发高效、灵敏且选择性高的检测方法迫在眉睫。传统的H_2S检测方法虽在一定程度上发挥了作用，但存在诸多局限性，难以满足日益增长的检测需求。基于荧光团定制技术的检测探针研究应运而生，为H_2S检测带来了新的希望。这种技术能够根据H_2S的特性，精准定制荧光团，使探针具备更高的灵敏度和选择性，实现对H_2S的快速、准确检测。深入研究基于荧光团定制技术的高灵敏度和高选择性硫化氢检测探针，对于推动生物医学研究、加强环境保护以及保障人类健康都具有重要的现实意义。

1.2硫化氢检测现状

目前，硫化氢的检测方法丰富多样，每种方法都有其独特的原理和适用场景。化学分析法是基于化学反应原理，通过检测反应物的变化来定量或定性分析硫化氢，例如酸碱滴定法、气相色谱法等。其中，酸碱滴定法操作相对简单，但准确性易受多种因素影响；气相色谱法虽然能够实现对硫化氢的高精度检测，但仪器设备昂贵，操作复杂，对操作人员的专业要求较高。物理分析法主要利用物理性质来检测硫化氢，如比色法、电化学法等。比色法通过观察颜色变化来判断硫化氢的存在及浓度，具有直观、简便的优点，但灵敏度较低，容易受到干扰；电化学法利用电化学反应原理，将硫化氢浓度转换为电信号进行检测，响应速度快、灵敏度高，但电化学传感器易受环境因素干扰，需要定期更换和维护。

除上述传统方法外，还有光学传感器法、声学传感器法等现代检测技术。光学传感器法利用光学原理检测硫化氢气体，具有抗干扰能力强、稳定性好等特点，然而其成本较高，且受环境条件影响较大；声学传感器法则是基于硫化氢与传感器材料相互作用时产生的声学信号变化来进行检测，目前该方法仍处于研究发展阶段，在实际应用中存在一定的局限性。

荧光探针检测作为一种新兴的检测方法，近年来受到了广泛关注。它利用荧光团与硫化氢发生特异性反应，导致荧光信号的变化来实现对硫化氢的检测。与传统检测方法相比，荧光探针检测具有诸多显著优势。荧光探针具有极高的灵敏度，能够检测到极低浓度的硫化氢，满足对微量硫化氢检测的需求；其选择性也很强，能够特异性地识别硫化氢，有效避免其他物质的干扰，提高检测的准确性；荧光探针检测还具有响应速度快的特点，可以在短时间内给出检测结果，适用于实时监测；此外，该方法操作简便，不需要复杂的仪器设备和专业的操作人员，检测成本相对较低。正是由于这些优势，荧光探针检测在硫化氢检测领域展现出了广阔的应用前景。

1.3荧光团定制技术概述

荧光团定制技术是一种根据特定检测目标和需求，精确设计与合成荧光团的前沿技术。在该技术中，科研人员会依据荧光团的光物理性质、化学反应活性以及与目标分析物的相互作用特性等多方面因素，有针对性地对荧光团的分子结构进行巧妙设计与精准调控。通过引入特定的官能团、改变分子的共轭结构或者调整分子的空间构型等手段，使荧光团能够对目标分析物，如硫化氢，产生特异性的识别和响应，从而实现高灵敏度和高选择性的检测。

在设计用于检测硫化氢的荧光团时，研究人员会深入研究硫化氢的化学性质和反应活性。由于硫化氢具有较强的还原性，研究人员可以选择含有易被还原的官能团的荧光团，当硫化氢与这些官能团发生反应时，会引起荧光团分子结构的变化，进而导致荧光信号的改变。通过巧妙地调整