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：湖水（lake water）
检测原理
在 10 mM Tris-HCl（pH 7.6）和 2.0 mM K+ 中，PS2.M 折叠为 K+ 稳定的 G-四联体，NMM 与其结合后荧光显著增强，形成高荧光态 F0。加入 Pb2+ 后，由于 Pb2+ 比 K+ 更高效稳定 G-四联体，可竞争性结合并形成更致密的 DNA 折叠，使 NMM 从 G-四联体上释放，荧光降低为 F。荧光发射比值 F0/F 随 Pb2+ 浓度增加而增大，在 5.0 nM–1.0 μM 范围内线性响应。该过程无需标记 DNA 或酶催化放大，仅依靠离子诱导的 G-四联体构象变化实现信号转换。
检测灵敏度
LOD: 1.0 nM；线性范围: 5.0 nM–1.0 μM；R^2 = 0.998
效应效果
该传感器对 Pb2+ 具有较高选择性：单独存在 Hg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Mn2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+ 时，仅 Pb2+ 引起明显 F0/F 变化；在 80 nM Pb2+ 与上述离子共存时，响应几乎不受干扰。湖水样品中原始 Pb2+ 为 9.3 nM，加标 20.0、60.0、100.0 nM 后测得 27.7、63.5、103.0 nM，回收率分别为 92.0%、90.3%、93.7%。作者未报告 RSD 或长期稳定性数据。与已有 G-四联体传感器相比，其灵敏度更好或相当，LOD 1.0 nM 低于美国 EPA 饮用水限值 72 nM。该体系无需 DNA 化学修饰和复杂设备，可用普通荧光光度计完成，适合环境水样 Pb2+ 监测。
传感器的构成
- 反应介质：Tris–HCl 缓冲液（10 mM，pH 7.6）与 KCl（2.0 mM），提供反应环境并以 K+ 稳定初始 G-四联体
- 识别元件：G-四联体寡核苷酸 PS2.M（GTGGGTAGGGCGGGTTGG），在 K+ 下折叠为 G-四联体，Pb2+ 结合后发生构象变化
- 信号标记物：N-甲基原卟啉 IX（NMM），与 K+-稳定 G-四联体结合后荧光增强，Pb2+ 诱导构象变化后释放并荧光降低
- 被测物：铅离子（Pb2+），竞争性结合 G-四联体并形成更致密折叠
- 读出装置：Cary 荧光光度计，激发 399 nm、发射 610 nm，监测荧光发射比值 F0/F
中文摘要
近年来，基于 Pb2+ 特异性 RNA 切割 DNA 酶的 Pb2+ 生物传感器较多，但常因成本高、操作复杂及 RNA 不稳定而限制实际应用。本研究提出一种基于 Pb2+ 诱导变构 G-四联体（PS2.M）的无标记荧光生物传感器用于 Pb2+ 检测。在 K+ 存在下，N-甲基原卟啉 IX（NMM）可与 K+ 稳定的 G-四联体结合，产生强荧光；加入 Pb2+ 后，Pb2+ 竞争性结合 K+ 稳定的 G-四联体并形成更致密的 DNA 折叠，Pb2+ 稳定的 G-四联体不再结合 NMM，导致荧光降低。该体系可通过简便的“混合-检测”方式实现 Pb2+ 定量分析。荧光发射比值（F0/F）在 5.0 nM 至 1.0 μM 范围内对 Pb2+ 呈良好线性响应，检出限为 1.0 nM。该传感器设计简单、成本低、灵敏度高、选择性好，并用于湖水样品中 Pb2+ 的测定。
英文摘要
Many Pb(2+) biosensors based on Pb(2+)-specific RNA-cleaving DNAzyme have been developed in the past years. However, many of them have limited practical use because of high cost (e.g., enzymes), complicated processing and the use of unstable molecules (e.g., RNA). In this study, a novel label-free fluorescent biosensor for Pb(2+) was proposed based on Pb(2+)-induced allosteric G-quadruplex (PS2.M). In the presence of K(+), N-methyl mesoporphyrin IX (NMM) could bind to K(+)-stabilized G-quadruplexes, giving rise to high fluorescence. On addition of Pb(2+), Pb(2+) competitively binded to K(+)-stabilized G-quadruplexes to form more compact DNA folds. The Pb(2+)-stabilized G-quadruplexes did not bind to NMM, which resulted in fluorescence decrease. This allowed us to utilize PS2.M for quantitative analysis of Pb(2+) using the NMM-G-quadruplex system by convenient "mix-and-detect" protocol. The fluorescence emission ratio (F(0)/F) showed a good linear response toward Pb(2+) over the range from 5.0 nM to 1.0 μM with a limit of detection of 1.0 nM. This proposed biosensor was simple and cost efficiency in design and in operation with high sensitivity and selectivity. We validated the practicality of this biosensor for the determination of Pb(2+) in lake water samples.