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
铀酰离子（uranyl ion, UO2^2+）；样品基质：Tris–HCl缓冲溶液，面向环境水样、地球化学或临床样品
检测原理
金电极表面通过硫醇-金键自组装短链ssDNA，形成带负电的磷酸骨架识别层。当电极接触含UO2^2+样品时，UO2^2+与DNA磷酸基团强结合，使识别层表面负电荷减少，界面静电平衡改变。原本与ssDNA静电结合的阳离子氧化还原探针亚甲基蓝（MB）被UO2^2+部分置换，导致电极附近可还原MB量下降。方波伏安读取MB还原峰面积，以接触样品前后的电流差值作为分析信号。UO2^2+浓度越高，被置换的MB越多，电流下降越大，信号差值随浓度增加。QCM-D显示频率下降对应UO2^2+在ssDNA表面的质量沉积，验证识别机制。该法通过延长孵育实现痕量预富集，无额外酶或核酸放大。
检测灵敏度
60 min孵育：LOD: 30 nmol L−1；斜率: 5.216；R^2 = 0.9998；上限略低于0.1 μmol L−1。5 min孵育：线性范围: 0.05–1.0 μmol L−1；LOD: 50 nmol L−1；斜率: 0.416；R^2 = 0.9873。
效应效果
该传感器对常见金属阳离子选择性良好。0.4 μmol L−1、5 min孵育时，Pb2+和Ca2+干扰较明显，但响应仍比UO2^2+低两倍以上；与Cu2+、Mg2+、Fe3+、Cd2+、Sr2+差异显著（t检验，n=4，α=0.05，临界t=2.45；实验t为8.90、8.40、15.58、15.46、26.21、15.26、22.00）。毛细管电泳显示ssDNA未明显降解。因UO2^2+与磷酸骨架结合强，传感器不能简单再生，每次分析需重建ssDNA单层；未报告RSD和实际样品回收率。与吸附剥离伏安法、电位法、光学传感器相比，表1将其列为6 min、LDL 5×10−8 mol L−1、范围1×10−6–5×10−8 mol L−1，认为可用于痕量铀酰检测。
传感器的构成
- 工作电极：金盘电极（Au），作为换能器与ssDNA自组装基底。
- 三电极体系：金线辅助电极与Ag/AgCl参比电极，构成电化学测量回路。
- 识别层：5′-巯基修饰20-mer ssDNA（5′-SH-(CH2)6-CGACTGTGAATTCGTAGCAG-3′），通过Au-S键固定，磷酸骨架结合UO2^2+。
- 固定缓冲液：1 mol L−1 KH2PO4（pH 4.5），用于ssDNA在金表面自组装。
- 信号标记物：亚甲基蓝（MB），氧化还原探针，与ssDNA静电结合，被UO2^2+置换后产生电流变化。
- 检测介质：50 mmol L−1 Tris–HCl（pH 3.0），用于电化学测量与样品孵育。
- 读出装置：CHI 660A电化学工作站，通过方波伏安（SWV）读取MB还原电流变化。
中文摘要
本文考察了以短链单链DNA寡核苷酸修饰金电极用于铀酰离子（UO2^2+）检测的可行性。通过伏安法和石英晶体微天平（QCM）测量，研究了UO2^2+与所构建识别层之间的相互作用。作者认为，ssDNA识别层通过UO2^2+与DNA磷酸骨架之间的强结合发挥作用。亚甲基蓝（MB）被用作氧化还原标记物以产生分析信号。生物传感器响应基于电极接触含铀酰离子样品前后电化学信号的差异。在60 min样品孵育条件下，观察到UO2^2+的较低检出限为30 nmol L−1。所提出的ssDNA修饰电极对UO2^2+相对于常见金属阳离子表现出良好选择性，仅Pb2+和Ca2+显示出较明显的干扰效应。
英文摘要
The feasibility of using gold electrodes modified with short-chain ssDNA oligonucleotides for determination of uranyl cation is examined. Interaction between UO(2)(2+) and proposed recognition layer was studied by means of voltammetric and quartz crystal microbalance measurements. It was postulated that ssDNA recognition layer functions via strong binding of UO(2)(2+) to phosphate DNA backbone. The methylene blue was used as a redox marker for analytical signal generation. Biosensor response was based on the difference in electrochemical signal before and after subjecting it to sample containing uranyl ion. The lower detection limit of 30 nmol L(-1) for UO(2)(2+) was observed for a sample incubation time of 60 min. Proposed ssDNA-modified electrodes demonstrated good selectivity towards UO(2)(2+) against common metal cations, with only Pb(2+) and Ca(2+) showing considerable interfering effect.