组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
铅离子（Pb2+）；样品基质：河水/环境水样
检测原理
该传感器利用GO对不同长度ssDNA的亲和力差异实现荧光开启。FAM标记底物链与GR-5 DNAzyme杂交形成含15碱基ssDNA环的杂交体，长环吸附于GO表面，使FAM靠近GO并被强烈猝灭，背景荧光低。加入Pb2+后，Pb2+作为辅因子激活GR-5 DNAzyme，使其在底物RNA位点发生磷酸二酯键切割，释放短FAM标记寡核苷酸片段、长片段和DNAzyme。短片段与GO亲和力弱，FAM荧光恢复；DNAzyme可继续结合新底物并循环催化，产生放大信号。因此荧光增强随Pb2+浓度增加而增加。
检测灵敏度
LOD: 300 pM；动态范围: 1 nM–1 μM；线性范围: 1 nM–100 nM
效应效果
该传感器对Pb2+选择性高：100 nM Pb2+引起显著荧光增强，而其他常见金属离子在10 μM下无明显响应；竞争实验中1 μM Cu2+和10 μM其他金属离子对100 nM Pb2+检测无明显干扰，仅Cu2+高于1 μM时因猝灭FAM导致荧光略降。与双猝灭催化信标相比，1 μM Pb2+下荧光增强约14倍，高于文献6倍；LOD 300 pM低于多数DNAzyme荧光传感器。河水加标回收率为94%、106.5%和98.7%（加标5、20、100 nM），四次测定标准偏差分别为0.4、2.6、4.5 nM，表明可用于环境水样中Pb2+实际检测。
传感器的构成
- 溶液相荧光介质：50 mM HEPES（pH 7.26）、50 mM NaCl、5 mM MgCl2缓冲液，维持DNA杂交与DNAzyme催化活性
- 纳米材料猝灭层：氧化石墨烯（GO），作为超猝灭剂，通过疏水作用和π-π堆积吸附长链ssDNA并猝灭FAM荧光
- 识别元件：GR-5 DNAzyme，Pb2+依赖DNA酶，识别Pb2+并催化切割底物链
- 底物/信号报告链：FAM标记底物链（DS），5'端连接FAM，与DNAzyme杂交形成含15碱基ssDNA环，切割后产生短FAM片段
- 荧光标记物：羧基荧光素（FAM），作为荧光报告基团，其荧光强度反映Pb2+浓度
- 催化辅助离子：Mg2+（来自5 mM MgCl2），维持GR-5 DNAzyme催化活性
中文摘要
基于氧化石墨烯（GO）对不同长度单链DNA（ssDNA）亲和力存在显著差异，本文首次报道了一种GO-DNAzyme生物传感器，用于铅离子（Pb2+）的放大荧光“开启”检测。FAM标记的DNAzyme-底物杂交体同时作为分子识别模块和信号报告单元，GO作为超猝灭剂。无Pb2+时，杂交体中的长ssDNA环与GO结合，使FAM荧光被强烈猝灭；加入Pb2+后，GR-5 DNAzyme被激活并切割底物，释放短FAM标记寡核苷酸片段，其结合GO能力弱，荧光恢复。利用GO高效猝灭和DNAzyme催化循环，传感器对Pb2+具有较高灵敏度，检出限为300 pM，低于此前报道的催化信标。采用经典Pb2+依赖GR-5 DNAzyme替代8-17 DNAzyme，还显著提高了选择性。该体系用于河水样品中Pb2+测定，结果令人满意。
英文摘要
On the basis of the remarkable difference in affinity of graphene (GO) with ssDNA containing a different number of bases in length, we for the first time report a GO-DNAzyme based biosensor for amplified fluorescence "turn-on" detection of Pb(2+). A FAM-labeled DNAzyme-substrate hybrid acted as both a molecular recognition module and signal reporter and GO as a superquencher. By taking advantage of the super fluorescence quenching efficiency of GO, our proposed biosensor exhibits a high sensitivity toward the target with a detection limit of 300 pM for Pb(2+), which is lower than previously reported for catalytic beacons. Moreover, with the choice of a classic Pb(2+)-dependent GR-5 DNAzyme instead of 8-17 DNAzyme as the catalytic unit, the newly designed sensing system also shows an obviously improved selectivity than previously reported methods. Moreover, the sensing system was used for the determination of Pb(2+) in river water samples with satisfying results.