组成图示
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传感器类型
电化学发光(ECL)生物传感器
检测对象
汞(II)（Hg2+）；样品基质：废水（waste water samples）
检测原理
探针DNA经5'-端烷硫醇自组装于金电极，与5'-端酰胺报告DNA杂交，因10-mer T-T错配形成错配双链，电子转移受阻，Ru-SNPs的ECL较弱。加入Hg2+后，Hg2+特异性插入两个T-T错配位点，形成稳定T-Hg2+-T碱基对，使错配双链转变为完全互补双链，消除电子转移阻断。在含DBAE的Tris-HCl缓冲液中，循环伏安扫描下Ru(bpy)3^2+与DBAE发生ECL反应，DBAE作为电子供体/共反应剂，Ru-SNPs携带多个Ru(bpy)3^2+提供信号放大。Hg2+浓度越高，T-T转变为T-Hg2+-T越多，ECL强度越强，实现“信号增强”检测。该设计避免了“信号关闭”型传感器易受猝灭干扰的问题。
检测灵敏度
LOD: 2.3 × 10^-9 mol L^-1 (S/N = 3)；线性范围: 5.0 × 10^-9–5.0 × 10^-7 mol L^-1；R = 0.9961
效应效果
传感器在含Hg2+和无Hg2+条件下的ECL响应RSD分别为2.6%和3.0%（n=5），连续15次检测ECL强度仅下降5%，4 ℃保存4周仍保持活性，稳定性与重现性良好。选择性方面，Pb2+、Cu2+、Ag+、Zn2+、Ni2+、Fe3+和Cd2+等共存离子浓度达10^-6 mol/L（原文称约为Hg2+的50倍）时，ECL响应很低，不能形成T-Hg2+-T结构，干扰可忽略。实际废水样品中测得Hg2+平均浓度为7.8×10^-9 mol/L，RSD为3.2%（n=5），与原子吸收法结果8.0×10^-9 mol/L一致。作者认为该“信号增强”ECL DNA传感器灵敏度和选择性优于多数荧光/比色法，可满足美国EPA饮用水汞检测要求。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），提供硫醇自组装界面并作为ECL电子转移与发光读出电极。
- 识别元件：5'-端烷硫醇寡核苷酸探针（oligonucleotide 1, probe DNA），通过硫醇-Au相互作用固定于金电极，含10-mer T-T错配区，用于识别Hg2+。
- 识别元件：5'-端酰胺寡核苷酸（oligonucleotide 2），与探针杂交形成T-T错配双链，末端酰胺用于结合Ru-SNPs。
- 纳米材料/信号标记层：Ru(bpy)3^2+掺杂二氧化硅纳米颗粒（Ru-SNPs），通过酰胺与寡核苷酸2结合，携带多个Ru(bpy)3^2+增强ECL信号。
- 电子供体：2-(二丁氨基)乙醇（DBAE），作为ECL共反应剂/电子供体，与Ru(bpy)3^2+反应产生发光。
- 缓冲介质：Tris-HCl缓冲液（pH 7.6），维持ECL反应环境。
中文摘要
本文报道一种高灵敏、高选择性的“信号增强”型电化学发光（ECL）DNA生物传感器，用于检测汞(II)。该传感器利用Hg2+可特异性插入DNA中两个胸腺嘧啶错配位点，形成稳定的T-Hg2+-T碱基对，使原本错配的双链DNA转变为完全互补双链，从而解除电子转移阻断并增强ECL信号。作者采用反向微乳液法制备Ru(bpy)3^2+掺杂二氧化硅纳米颗粒（Ru-SNPs），通过其表面官能团与寡核苷酸末端酰胺结合，将多个Ru(bpy)3^2+标记到探针上以提高发光强度。探针DNA经5'-端烷硫醇自组装于金电极表面，并与标记Ru-SNPs的报告寡核苷酸杂交。在含DBAE的Tris-HCl缓冲液中，ECL强度与Hg2+浓度对数在5.0×10^-9–5.0×10^-7 mol/L范围内呈线性，R=0.9961，检出限为2.3×10^-9 mol/L，低于美国EPA饮用水标准。传感器对多种共存金属离子选择性良好，废水样品检测结果与原子吸收法一致。
英文摘要
A highly sensitive and selective electrochemiluminescent biosensor was designed for mercury(ii) based on T-Hg(2+)-T complex by using Ru(bpy)(3)(2+)-doped silica nanoparticles (Ru-SNPs) to label the oligonucleotides in order to improve the sensitivity.