组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
二价汞离子（Hg2+）；样品基质：水溶液、饮用水/自来水、河水
检测原理
5'-巯基捕获探针DNA1通过硫醇–金键固定于金电极，6-巯基己醇封闭非特异位点。DNA1含6个T，DNA2与DNA1近端部分互补但存在6个T–T错配；无Hg2+时错配链Tm低于孵育温度，DNA2不杂交，界面MB结合少，DPV信号弱。加入Hg2+后，Hg2+特异性桥接DNA1与DNA2的T碱基，形成稳定的T–Hg2+–T碱基对，驱动DNA2杂交到电极界面。AuNP功能化报告DNA3再与DNA2杂交，其AuNP上携带大量富含G寡核苷酸链，使界面鸟嘌呤数量显著增加。MB特异性结合G形成MB–G复合物，在DPV中产生还原峰电流。Hg2+浓度越高，杂交DNA2和报告DNA越多，MB–G复合物越多，峰电流越大，实现无标记turn-on检测。
检测灵敏度
LOD: 0.5 nM；线性范围: 1 nM–0.1 mM
效应效果
传感器选择性优异：1 mM其他二价金属离子响应几乎可忽略，1 mM干扰离子与100 nM Hg2+混合时仍保持良好选择性。电极经1 M NaOH、50 ℃处理15 min可再生，重复使用3次以上无明显损失；4 ℃保存2周后响应无明显变化。实际水样加标回收率良好：自来水2.0 nM测得2.08±0.14 nM，回收率104.0%；5.0 nM测得4.86±0.34 nM，回收率97.2%；河水10.0 nM测得9.67±0.28 nM，回收率96.7%；50.0 nM测得48.92±0.46 nM，回收率97.8%。作者认为其LOD低于T–Hg–T比色、FRET荧光和DNAzyme催化信标方法，适合饮用水监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），提供硫醇固定位点并用于DPV电化学读出
- 识别元件：5'-巯基修饰寡核苷酸捕获探针（DNA 1），含6个T碱基，用于结合Hg2+并固定于金电极
- 封闭剂：6-巯基己醇（6-mercaptohexanol），封闭金电极非特异位点并优化探针取向
- 识别/连接元件：连接寡核苷酸（DNA 2），3'端与DNA 1近5'端部分互补且含6个T–T错配，Hg2+存在下杂交
- 信号放大元件：AuNP功能化报告DNA（DNA 3），5'-巯基修饰并修饰AuNPs，携带大量富含G寡核苷酸链
- 信号标记物：亚甲基蓝（MB），特异性结合鸟嘌呤形成MB–G复合物，产生DPV还原峰电流
中文摘要
本文报道了一种用于水溶液中二价汞离子（Hg2+）超灵敏检测的高选择性、无标记电化学生物传感器。该传感器基于Hg2+与两个DNA胸腺嘧啶碱基形成T–Hg2+–T稳定错配对的强特异性结合，并利用金纳米颗粒（AuNP）功能化报告DNA实现信号放大。5'-巯基修饰的含6个T碱基捕获探针通过硫醇–金亲和作用固定于金电极表面，并用6-巯基己醇封闭非特异位点。加入Hg2+和连接DNA后，Hg2+桥接捕获探针与连接DNA中的T碱基，使二者杂交；AuNP功能化报告DNA随后杂交到连接DNA，引入大量富含G寡核苷酸链。亚甲基蓝（MB）特异性结合鸟嘌呤形成MB–G复合物，使差分脉冲伏安法（DPV）还原峰电流显著增强。无Hg2+时连接DNA因T–T错配不杂交，信号弱。该传感器检出限为0.5 nM，线性范围为1 nM–0.1 mM，具有良好选择性、稳定性和可再生性，适用于饮用水和河水等实际水样中低浓度Hg2+检测。
英文摘要
A highly selective electrochemical biosensor for the ultrasensitive detection of Hg2+ in aqueous solution has been developed based on the strong and specific binding of Hg2+ by two DNA thymine bases (T-Hg2+-T) and the use of AuNP-functionalized reporter DNA to achieve signal amplification.