组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
铅离子（Pb2+）；样品基质：Tris-ClO4缓冲液、新生牛血清
检测原理
金电极表面自组装硫醇化富G发夹DNA，并用6-巯基己醇封闭。Pb2+与富G发夹DNA特异性结合后，打开茎环结构并形成Pb2+稳定的G-四链体。该构象转换使DNA膜更致密、界面负电荷密度增加，阻碍[Fe(CN)6]3-/4-在电极表面的电子转移，导致电荷转移电阻RCT增大。以孵育前后RCT差值ΔRCT作为信号，ΔRCT随Pb2+浓度升高而增大，并与Pb2+浓度对数呈线性关系。DFT计算表明该转换放热且不可逆；在较低浓度下构象转换主导信号，高浓度时Pb2+静电作用可能部分抵消RCT变化。
检测灵敏度
LOD: 0.5 nM；线性范围: 5×10^-5 M–5×10^-10 M；斜率: -203.4；线性方程: ΔRCT = -203.4 × log[Pb2+]/log[M] + 2294.6；R = -0.999
效应效果
该传感器对Pb2+选择性高：在5×10^-5 M的Co2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+、Mn2+、Al3+和Li+存在下，仅Pb2+引起显著ΔRCT，其他离子响应很小或相反；K+未造成干扰。作者用至少5个独立电极重复测量，表中给出标准偏差，如5×10^-5 M Pb2+时ΔRCT为1537(51) Ω cm^2。在新生牛血清复杂基质中检测Pb2+未受明显干扰。作者认为其检出限0.5 nM，与较复杂的电化学、荧光和比色Pb2+传感器相当甚至更低，具有简单、低成本、无标记和实际样品检测潜力。文中未报告长期稳定性、RSD和加标回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：多晶金电极（Au electrode，直径1 mm），提供导电基底并作为EIS换能器。
- 识别元件：硫醇化富G发夹DNA（thiolated G-rich hairpin DNA, DNA(1)），5'-HO-(CH2)6-SS-(CH2)6-TTTTT-CCAAC-GGTTGGTGT-GGTTGG-3'，通过二硫醚/硫醇自组装固定，识别Pb2+并发生构象转换。
- 封闭剂：6-巯基己醇（6-mercaptohexanol, MCH），填充金表面针孔与缺陷，使DNA直立取向并减少非特异吸附。
- 氧化还原探针：[Fe(CN)6]3-/4-（K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]），作为EIS电子转移探针，其电子转移阻力反映界面变化。
- 缓冲介质：20 mM Tris-ClO4（pH 7.4），维持溶液环境与pH。
- 被测物：Pb2+（Pb(ClO4)2），诱导发夹DNA形成G-四链体。
- 读出系统：三电极体系（Ag/AgCl参比电极、Pt对电极、EG&G 2273电化学工作站），通过EIS Nyquist图读取RCT/ΔRCT。
中文摘要
本研究采用电化学阻抗谱（EIS）考察了Pb2+诱导DNA由发夹结构向G-四链体构象转换的过程，并以[Fe(CN)6]3-/4-作为氧化还原探针。结果表明，在Pb2+存在下，富G发夹DNA打开茎环并形成G-四链体结构，使修饰膜的电荷转移电阻（RCT）明显增大；该结构转变还通过圆二色性（CD）和紫外-可见光谱得到证实，并用密度泛函理论（DFT）进行了计算分析。基于上述构象转换引起的RCT变化，作者构建了一种无标记电化学DNA生物传感器用于Pb2+检测。随着Pb2+浓度升高，孵育前后RCT差值（ΔRCT）与Pb2+浓度对数在50 μM至0.5 nM范围内呈线性关系，检出限为0.5 nM。该传感器对Pb2+相对于其他金属离子表现出良好选择性，是一种利用G-四链体实现Pb2+检测的简单、无标记电化学方法。
英文摘要
Conformational switch from hairpin DNA to G-quadruplex induced by Pb(2+) is studied by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in the presence of [Fe(CN)(6)](3-/4-) as the redox probe. In the presence of Pb(2+), the G-rich hairpin DNA opens the stem-loop and forms G-quadruplex structure, which gives rise to a sharp increase in the charge-transfer resistance (R(CT)) of the film reflected by the EIS. This structural change is also confirmed by circular dichroism (CD) measurements and UV-Vis spectroscopic analysis and calculated by density functional theory (DFT). On the basis of this, we develop a label-free electrochemical DNA biosensor for Pb(2+) detection. With increasing concentrations of Pb(2+), the differences in the charge-transfer resistance R(CT) before and after the Pb(2+) incubation is linearly dependent on the logarithm of Pb(2+) concentration within a range from 50 μM to 0.5 nM. The biosensor also exhibits good selectivity for Pb(2+) over other metal ions. This is a simple and label-free electrochemical method for Pb(2+) detection making use of the G-quadruplex.