发展兼具快速性、便携性与现场适用性的MC-LR检测技术，对支撑湖泊富营养化状态的动态监测与早期风险预警具有重要的应用价值。刘勇教授课题组创新性地将光催化降解过程与原位荧光检测相耦合，构建了一种“降解-响应一体化”的MC-LR分析策略，实现了目标毒素的比率型荧光可视化定量检测。为深入解析该策略的作用机制，本研究理性设计并合成了一系列结构可调的荧光探针，系统研究其对MC-LR的特异性识别性能与光催化协同响应行为（图1）；同时，选取云南省三个典型高原湖泊——程海湖、滇池与杞麓湖作为代表性应用场景，验证技术在复杂真实水体环境中的实用性。

（1）设计：MC-LR结构Adda侧链中的共轭二烯结构以及芳香环均能强烈吸收紫外光，尤其是短波长的紫外辐射。紫外光照射可直接断裂MC-LR中的关键化学键。例如，在紫外光照射下，Adda侧链的双键可能发生氧化断裂，从而显著降低毒素的毒性。此外，紫外光还能通过破坏MC-LR的环状七肽结构引发开环反应，将其转化为线性低分子量降解产物。在纯水体系中进行的研究实验数据显示，直接紫外照射可实现约50%至70%的降解效率。但为了提高紫外诱导结构降解的效率，通常会结合高级氧化技术。因此，在构建MC-LR荧光探针的过程中，引入氧化性的功能基团，并结合紫外光照射以诱导MC-LR分子结构的断裂，从而引发探针光学信号的变化。团队构建了一种对MC-LR具有特异识别能力的长烷基链识别基团，以及强氧化性醛基功能团被引入荧光结构体系，构建比率荧光探针ASS12。该比率荧光探针的检测机制主要基于“降解与检测”策略：（1）在紫外照射前，探针的长烷基链与MC-LR的环状结构特异性相互作用，产生第一个荧光信号；（2）经紫外照射后，MC-LR分子结构被裂解，产生第二个荧光信号。这种具有明显光学变化特征的双信号响应机制，构成了实现MC-LR比率检测和定量分析的基本原理。

图1 云南高原湖泊技术应用

（2）机制：ASS12作为光敏中心，在365 nm紫外A光照射下驱动MC-LR高效降解。高分辨质谱和液相色谱-质谱联用技术鉴定出两种降解产物（图2）。同时，ASS12转化为一种强蓝色荧光物质（m/z = 314.2083），选择性实验表明整个光催化路径对MC-LR具有高度特异性。定量LC-MS分析研究表明，ASS12的消耗效率可达80%以上，而即使在优化条件下，MC-LR的去除率仍低于50%。值得注意的是，光催化级联反应在几分钟内引发了显著的颜色变化——从黄色变为红色，再转变为深蓝色。在较高浓度的MC-LR条件下，这种荧光颜色转变肉眼即可明显观察到；而在较低浓度下，则可通过监测两个特征波长处的荧光强度实现MC-LR的定量检测，从而显著提高检测精度。

图2 荧光检测时MC-LR的UV降解过程和降解产物分析

（3）应用：在紫外照射下，探针ASS12与MC-LR发生特异性反应，其荧光颜色在20分钟内依次从黄色变为红色，最终变为蓝色。这种动态响应实现了肉眼对MC-LR的可视化检测，并使MC-LR在I₄₆₅/I₅₅₅波长比下的比率荧光信号增强77倍。研究首次发现，探针中的长烷基链和醛基是检测MC-LR过程中的关键分子识别位点。此外，该探针的比率荧光信号与不同浓度的MC-LR之间表现出强相关性。高原湖泊区域有效反映了这些水环境中MC-LR的空间分布格局。通过建立荧光比值与水质参数之间的多元线性参数化模型，可确定湖泊中MC-LR的分布情况（图3）。本研究为新型MC-LR监测工具的开发以及水体富营养化的可视化评估提供了宝贵的理论基础和技术途径。

图3 “UV降解-比率荧光检测”策略在云南省高原湖泊中的应用

相关成果以“UV-Induced Degradation of Microcystin-LR Mediated by a Ratiometric Fluorescence Probe for the Visual Detection of Microcystin-LR”为题发表于Environmental Science & Technology，刘勇教授和陈哲副教授为该论文的共同通讯作者，王照民博士为该论文的第一作者。研究得到云南省科技厅社会发展专项、云南省科技厅-云南大学双一流联合项目、“兴滇英才支持计划”青年人才项目和云南省教育厅科学研究项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c07756