基于适配体辅助的链位移反应的肽功能化电化学发光生物传感器，用于超高灵敏度检测Aβ-42

《Microchemical Journal》：The peptide functionalized Electrochemiluminescence biosensor based on aptamer toehold-mediated Strand displacement reaction for ultrasensitive detection of Aβ-42

铅离子传感器开发及环境样品检测研究

　　近年来，随着工业化和城市化的加速发展，环境污染问题日益严重，特别是重金属污染对生态环境和人类健康造成了深远影响。铅（Pb2?）作为一种常见的有毒重金属，其在自然环境和人类生活中的存在形式多样，污染源广泛，包括工业排放、汽车尾气、电池生产、燃煤过程以及日常生活中的废弃物。由于铅离子具有较高的毒性和持久性，它容易在土壤、水体和生物体内积累，进而通过食物链传递，对生态系统和人体健康产生威胁。因此，开发一种高效、灵敏且选择性强的铅离子检测方法成为当前环境科学和分析化学领域的重要课题。

为了应对这一挑战，研究人员尝试利用新型材料和化学修饰手段来提升检测性能。其中，一种基于合成的1,2,4,5-四水杨醛氨基苯（TSB）配体的电化学传感器引起了广泛关注。TSB作为一种 Schiff 基化合物，具有多齿配位能力，其结构中包含多个氮和氧的供体原子，使其能够与金属离子形成稳定的配合物。这种特性使得 TSB 在重金属检测中展现出较高的选择性和灵敏度。同时，多壁碳纳米管（MWCNTs）作为一种具有优异导电性和大比表面积的纳米材料，被广泛用于电化学传感器的修饰，以提高其性能。

在此基础上，研究团队将 TSB 配体与 MWCNTs 结合，并将其固定在石墨电极（PGE）表面，构建了一种新型的修饰电极。该电极不仅具备良好的导电性，还能够显著增强对铅离子的检测能力。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDAX）对修饰电极的表面形貌和化学组成进行了表征，进一步确认了 TSB/MWCNTs/PGE 的结构特征和修饰效果。实验结果表明，该电极在电化学性能上优于未修饰的 PGE 和 MWCNTs/PGE，能够提供更高的灵敏度和更低的检测限。

为了验证该电极的性能，研究团队采用了方波阳极溶出伏安法（SWASV）对铅离子进行检测。SWASV 是一种高灵敏度的电化学分析技术，适用于多种重金属离子的同时检测。通过实验，该电极在铅离子的检测中表现出优异的性能，其检测范围为 10.3 至 103.1 微克每升（μgL?1），灵敏度达到 0.90 微安每微摩尔（μA μM?1），检测限（LOD）为 1.7 μgL?1。这些数据表明，TSB/MWCNTs/PGE 电极在铅离子检测方面具有显著优势，能够满足实际环境监测的需求。

此外，该电极在实际样品中的应用也得到了验证。研究团队使用 TSB/MWCNTs/PGE 电极对几种常见的环境污染物样本进行了检测，包括双壳类生物（如贻贝）、草类和香烟滤嘴等。这些样本中可能含有铅离子，通过 SWASV 技术进行分析后，检测结果与原子吸收光谱（AAS）法的测定值具有良好的一致性。实验中还观察到，该电极对铅离子的回收率在 98.4% 到 104.1% 之间，表明其在实际样品中的应用具有较高的准确性和可靠性。

为了进一步验证 TSB 配体与铅离子之间的相互作用，研究团队还进行了紫外-可见（UV-VIS）光谱和傅里叶变换红外（FT-IR）光谱分析。UV-VIS 光谱结果显示，TSB 配体在 245 和 406 纳米处具有明显的吸收峰，对应于 Schiff 基中氨基和羟基的 π-π* 和 n-π* 电子跃迁。当 TSB 与铅离子结合形成配合物后，其吸收峰发生了变化，出现了新的吸收波段，表明铅离子成功与 TSB 配体结合。FT-IR 光谱分析则进一步确认了配体与金属离子之间的配位作用，通过对特征官能团的振动频率进行分析，可以识别出铅离子与 TSB 配体之间形成的化学键。

在实验过程中，研究团队还采用了循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对电极的电化学性能进行了评估。CV 分析结果显示，TSB/MWCNTs/PGE 电极的电化学活性面积和电流响应显著优于未修饰的 PGE 和 MWCNTs/PGE 电极，表明其具有更高的电荷转移效率和导电性。EIS 分析则进一步揭示了电极在不同频率下的阻抗特性，验证了其在实际应用中的稳定性。通过这些分析，研究团队能够全面评估 TSB/MWCNTs/PGE 电极的性能，并为后续优化提供依据。

为了确保检测的准确性和重复性，研究团队还对实验条件进行了系统优化。例如，通过调整电极修饰时间、溶液 pH 值、溶出电压和扫描速率等参数，以获得最佳的检测效果。实验结果表明，经过优化后的 TSB/MWCNTs/PGE 电极能够实现铅离子的高灵敏度检测，同时保持良好的选择性，避免其他离子的干扰。这种优化不仅提高了检测的准确性，还增强了电极在复杂环境中的适用性。

此外，研究团队还探讨了该电极在环境监测中的实际应用价值。由于铅离子污染源广泛，其在土壤、水体和生物体中的分布也具有一定的复杂性。因此，开发一种能够在复杂基质中准确检测铅离子的传感器具有重要意义。TSB/MWCNTs/PGE 电极由于其高灵敏度和良好的选择性，能够在多种环境样本中有效检测铅离子，为环境监测提供了一种新的技术手段。这种技术不仅适用于实验室研究，还能够推广到现场检测，具有广泛的应用前景。

在研究过程中，团队还特别关注了电极的稳定性和可重复性。通过多次实验，验证了 TSB/MWCNTs/PGE 电极在不同条件下的检测性能，确保其能够长期使用并保持一致性。此外，该电极的制备过程简单，成本较低，使其在实际应用中具有较高的可行性。相比之下，传统的电化学传感器通常需要复杂的制备步骤和昂贵的设备，限制了其在大规模环境监测中的应用。TSB/MWCNTs/PGE 电极的低成本和高效率，使其成为一种理想的检测工具。

综上所述，TSB/MWCNTs/PGE 电极作为一种新型的铅离子检测材料，具有显著的优势。它不仅能够提高检测的灵敏度和选择性，还能够在实际环境样本中有效应用，为环境监测提供了一种可靠的技术手段。随着对重金属污染问题的进一步关注，这种电极的开发和应用将为环境保护和人类健康提供重要的支持。未来，研究团队将继续优化该电极的性能，并探索其在其他重金属检测中的应用潜力，以期为环境科学和分析化学领域做出更多贡献。