【摘要】 一种可用于水介质中汞离子的定性/定量测定的生物传感器系统，该系统同时使用了分光光度椭偏法和寡核苷酸识别元件。

由于重金属离子的毒性，包括汞在内的重金属离子造成的污染已成为一个主要问题。要求采用快速、高精度、选择性的方法监测水介质中的汞含量。例如，当它与等离子体共振现象相结合时，椭圆偏振测量是一项很有前途的技术。

 

一种可用于水介质中汞离子的定性/定量测定的生物传感器系统，该系统同时使用了分光光度椭偏法和寡核苷酸识别元件。建立并比较了一种同时使用线形(ProbeL)和发夹(ProbeH)型寡核苷酸探针作为识别元件的一步法，以及夹心型(ProbeLS)法。

 

ProbeL、ProbeH和ProbeLS的检测限分别为0.23 nM、0.03 nM和0.15 pM。对于本文提出的所有检测方法，检测范围在0.05 nM至100 nM Hg2+之间研究了探针 ProbH 和 ProbL 固定传感器芯片对不同浓度（0.05 nM 至 100 nM）Hg 的传感器响应。

 

传感器表面固定期间获得的两种探针的动力学数据表明，在室温下 600 秒（10 分钟）即可达到表面饱和。这种生物传感器系统的主要优点是分析时间限制在 10 分钟内。ProbL 和 ProbH 的探针响应进行了比较。

 

在前 100 秒内，在低 Hg2+ 浓度下，达到了总传感器响应的 90%，但在较高浓度下，它下降到 50% 左右，这可能表明动力学不理想。此外，报告的标准偏差可能是使用微流控池进行实时动力学测量的结果（例如由于微温度变化），因为在适当的条件下，椭圆偏振仪的Δ测量精度为±0.0001°。

 

此外，ProbH 传感器响应明显高于 ProbL 传感器。尽管在比较检测限时，ProbL 获得的传感器响应与其他探头相比较低，但就表中列出的标准偏差而言，ProbL 传感器的精度良好。此外，对于发夹寡核苷酸，Hg2+结合时发生的结构形成变化也很大程度上改变了椭圆偏振角δ。事实上，椭圆计是一种对表面沉积材料厚度敏感的设备（对于具有一定折射率和消光系数的材料）。因此，与其他探针相比，Hg2+ 结合和结构形成变化都会产生非常高的传感器信号。

 

对于 ProbH 和 ProbL 进行的测量，计算得出的最大标准偏差 (σ) 分别为 0.231° 和 0.251°。根据 3σ 校准曲线计算的检测限 (LOD) 对于 ProbH 为 0.0395 nM，对于 ProbL 为 0.232 nM。此外，考虑到校准曲线，与 ProbL 相比，ProbH 的检测灵敏度（换句话说，校准曲线的斜率）大约高 3.5 倍。

 

在 Pb2+ 的选择性研究中观察到这一点并不奇怪，因为胸腺嘧啶-Hg2+-胸腺嘧啶相互作用是极其特异性的[3]。 ProbL 和 ProbH 探针获得的 Pb2+ 信号在测定的噪声范围 (3σ) 内。PBS 缓冲液中制备的 Hg2+ 溶液的 LOD 达到 0.15 pM，与文献报道相比相当不错。每次测定均使用 Pb2+ 进行特异性测试，并且传感器信号在每种情况下均保持低于噪声。特别是，ProbH 在检测限和检测精度方面都取得了非常好的结果。

 

[1] D.T. Waite, A.D. Snihura, Y. Liu, G.H. Huang, Uptake of atmospheric mercury by deionized water and aqueous solutions of inorganic salts at acidic, neutral and alkaline pH, Chemosphere 49 (2002) 341–351.

[2] N.G. Sathawara, D.J. Parikh, Y.K. Agarwal, Essential heavy metals in environmental samples from Western India, Bull. Environ. Contam. Toxicol. 73 (2004) 756–761.

[3] X. Liu, X. Cheng, T. Bing, C. Fang, D. Shangguan, Visual detection of Hg2+ with high selectivity using thymine modified gold nanoparticles, Anal. Sci. 26 (2010) 1169–1172.

 

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