组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
汞离子（Hg2+）；样品基质：环境水样（自来水、瓶装水、污水处理厂三级出水）
检测原理
该传感器将含T-T错配和互补序列的DNA探针通过APTS和GA共价固定于光纤表面。Hg2+特异性结合T-T错配，形成T-Hg2+-T复合物并诱导探针折叠为发夹结构，从而降低其与Cy5.5标记互补DNA（Cy5.5-cDNA）的杂交能力。当cDNA与探针杂交时，Cy5.5位于光纤表面附近，被全内反射产生的倏逝波选择性激发并发射荧光。由于倏逝波穿透深度仅数百纳米，可区分表面结合物与溶液中的游离荧光分子，无需洗脱。Hg2+浓度越高，竞争占据探针越多，表面结合的cDNA越少，荧光信号越低；通过实时荧光强度变化即可定量Hg2+。该体系无酶放大，依靠T-Hg2+-T结构竞争和倏逝波近场激发实现快速检测。
检测灵敏度
LOD: 2.1 nM（10 nM cDNA，S/N=3）；LOD: 5.0 nM（20 nM cDNA，S/N=3）；定量范围: 0-600 nM（10 nM cDNA）、0-2 μM（20 nM cDNA）；剂量响应范围: 0-6 μM
效应效果
传感器对20 μM Ca2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+、Sn2+、Cr2+、Mn2+、Ni2+和Pb2+的响应均低于空白的8%，选择性良好。三次重复实验标准偏差均在5%以内；连续100次检测后性能损失小于5%。连续10天每日测量，空白最大信号下降小于10%；4°C PBS保存30天后仍可正常检测。自来水、瓶装水和污水厂三级出水加标20、100、200 nM Hg2+，回收率分别为100/89/111%、93/99/125%和119/71/127%，CV为1.4-13.6%。与SPR（5 nM）、压电（1 nM）、电化学金纳米颗粒（0.5 nM）等方法相比，其2.1 nM检出限具有竞争力，且单样品分析含再生小于6 min，明显快于SPR/电化学的1-2 h，适合现场监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：锥形多模光纤传感探头（tapered fiber optical sensor），通过全内反射产生倏逝波并激发表面荧光
- 氨基化层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTS）处理，提供氨基用于共价偶联
- 交联层：戊二醛（GA）连接表面氨基与DNA探针5'-NH2
- 识别元件：含T-T错配和互补序列的DNA探针（DNA probe），与Hg2+形成T-Hg2+-T发夹并竞争结合cDNA
- 信号标记物：Cy5.5标记互补DNA（Cy5.5-cDNA），杂交后产生荧光
- 封闭剂：牛血清白蛋白（BSA），封闭剩余醛基，减少非特异结合
中文摘要
汞离子（Hg2+）是一种高毒性且广泛存在的环境污染物，在环境和食品中需要快速、灵敏的现场检测方法。本文报道了一种基于倏逝波和DNA的生物传感器，用于快速、高灵敏地检测Hg2+，其采用直接结构竞争检测模式。在该体系中，共价固定于光纤传感器表面的DNA探针包含一段短寡核苷酸序列，可与荧光标记的互补DNA杂交；探针还含有T-T错配序列，可与Hg2+结合形成T-Hg2+-T复合物，并使DNA片段折叠成发夹结构。在结构竞争模式下，Hg2+浓度越高，结合到传感器表面的荧光标记互补DNA越少，荧光信号越低。单样品总分析时间（包括测量和表面再生）小于6 min，Hg2+检出限为2.1 nM。通过评估多种潜在干扰金属离子的响应，证明了传感器的高特异性。传感器表面可用0.5% SDS溶液（pH 1.9）再生100次以上，性能无显著下降。该平台有望用于检测其他重金属离子或可用DNA/适配体作为特异性探针的小分子分析物。
英文摘要
Mercury ions (Hg(2+)) are a highly toxic and ubiquitous pollutants requiring rapid and sensitive on-site detection methods in the environment and foods. Herein, we report an envanescent wave DNA-based biosensor for rapid and very sensitive Hg(2+) detection based on a direct structure-competitive detection mode. In this system, a DNA probe covalently immobilized onto a fiber optic sensor contains a short common oligonucleotide sequences that can hybidize with a fluorescently labeled complementary DNA. The DNA probe also comprises a sequence of T-T mismatch pairs that binds with Hg(2+) to form a T-Hg(2+)-T complex by folding of the DNA segments into a hairpin structure. With a structure-competitive mode, a higher concentration of Hg(2+) leads to less fluorescence-labeled cDNA bound to the sensor surface and thus to lower fluorescence signal. The total analysis time for a single sample, including the measurement and surface regeneration, was under 6 min with a Hg(2+) detection limit of 2.1 nM. The high specificity of the sensor was demonstrated by evaluating its response to a number of potentially interfering metal ions. The sensor's surface can be regenerated with a 0.5% SDS solution (pH 1.9) over 100 times with no significant deterioration of performance. This platform is potentially applicable to detect other heavy metal ions or small-molecule analytes for which DNA/aptamers can be used as specific sensing probes.