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为解决高盐样品中 As (III) 检测难题，研究人员制备 ECL 传感器，可精准测定 As (III)，助力环境与食品安全。
砷 (III)（As (III)）是一种剧毒物质和致癌物，其主要来源于火山活动、富含砷矿物风化等自然过程，以及含砷农药、木材防腐剂的使用，还有采矿、冶炼等工业排放。As (III) 污染现状引发全球高度关注，水体尤其容易受到污染。水系常常成为受砷污染径流的最终汇集地，导致地下水、地表水甚至海水广泛污染。这种污染对生态系统和公众健康构成严重威胁，因为 As (III) 会在水生生物体内生物富集并进入食物链，最终通过饮用受污染的水和食用水衍生食物影响人类健康。As (III) 暴露的有害影响包括皮肤损伤、心血管疾病、神经系统紊乱以及多种癌症风险增加，这凸显了开发有效且早期 As (III) 检测策略以减轻其负面影响的迫切需求。
目前适用的商业 As (III) 检测方法包括原子荧光光谱法（AFS）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等（中华人民共和国国家标准 GB 5009.11–2014 规定）。然而，这些传统方法通常需要大型设备和复杂的操作流程，检测限（LOD）较高，不利于 As (III) 中毒事件的早期检测。更重要的是，它们无法直接检测高盐样品中的 As (III) 含量。在过去几年里，虽然已报道了多种检测 As (III) 的方法，如比色传感器、电化学技术、荧光探针等，但针对高盐样品检测策略的开发却鲜有报道，因为传统检测方法面临仪器磨损、信号干扰和灵敏度不足等挑战。高盐水体，如盐湖和海洋，是环境和食物链的重要组成部分。它们拥有适应高盐度的独特生物群落，影响着当地食物链和生物地球化学循环。高盐水体支撑着从耐盐植物到特殊动物的丰富物种，塑造着生态动态，为抵御环境压力提供缓冲，同时也是重要的食物来源，如海鲜和食盐。因此，迫切需要不断探索替代便捷方法，以实现高盐样品中 As (III) 的有效检测，从而促进公众健康和环境安全。
DNA 适配体传感器是经过设计的寡核苷酸，对多种目标具有高亲和力和特异性，在生物传感中提供了稳定且通用的识别机制。由于其具有高特异性、亲和力和可定制性等优点，它们被广泛应用于各种分子的检测。全球科学家已成功构建并实践了不同的 DNA 适配体传感器用于环境 As (III) 检测。电化学发光（ECL）是一种分析技术，通过检测某些分子电化学反应产生的光发射，为检测这些电活性物质提供了高灵敏度的方法。这使得 ECL 成为在检测各种目标（包括核酸、肿瘤生物标志物和重金属离子残留水平，如痕量 As (III)）方面极具前景和高效的策略。DNA 适配体传感器与 ECL 技术的结合产生了基于 DNA 适配体传感器的 ECL 传感器。该装置将适配体的分子识别能力与 ECL 的灵敏度相结合，具有背景噪声低、灵敏度高和无需标记检测等优点，在环境监测领域对污染物的精确识别特别有用。
视觉检测技术的显著优势在于能够直接且通常实时观察结果，便于用户通过直观的视觉反馈进行分析。彩色电荷耦合器件（CCD）系统的应用可实现肉眼可见的现场监测。由于这一独特优势，ECL 成像技术在各个领域得到广泛应用，包括放射性元素、生物标志物甚至细胞检测。然而，目前基于 DNA 适配体传感器的 ECL 传感器用于 As (III) 可视化检测的开发仍未充分探索，这减少了对环境样品中 As (III) 进行快速现场监测的可行方法。
在本研究中，研究人员报告了一种高效的 ECL 装置，该装置能够可视化并准确测定实际复杂样品中的痕量 As (III)，检测限低至 0.24 ng/L，同时保持出色的选择性。研究人员的方法是合成具有 ECL 特性的聚 [(9,9 - 二辛基芴基 - 2,7 - 二基)-alt - 共 -(1,4 - 苯并 -{2,1,3}- 噻二唑)]（PFBT）聚合物点（Pdots），然后用对亚砷酸盐具有选择性结合能力的适配体对其进行修饰。罗丹明 B（RhB）与适配体的 DNA 结构相互作用，通过共振能量转移（RET）过程显著降低 PFBT Pdots 的 ECL 强度。为了选择性检测痕量 As (III)，研究人员设计了亚砷酸盐特异性 DNA 适配体，使其仅与 As (III) 相互作用。这种相互作用导致 RhB 的置换，随后 ECL 信号恢复。此外，研究人员成功将这种传感机制集成到基于电极的平台上，能够快速直观地评估实际湖水样本中的 As (III) 浓度。这项研究为高盐环境水样中 As (III) 的可视化快速监测提供了有效策略，凸显了其在环境和食品安全研究领域的重要意义。
DNA 适配体共轭聚合物点的合成
在本研究中，聚合物点（Pdots）的合成始于将 5 mg PFBT 和 1 mg 苯乙烯 - 马来酸酐共聚物完全溶解在 5 mL 四氢呋喃（THF）中，得到均匀溶液。然后，在使用 Elma P30H 超声波仪超声 5 分钟的同时，将该溶液迅速注入到 5 份（每份 10 mL）的超纯水中，这一过程对聚合物点（Pdots）的形成至关重要。收集到的聚合物点分散液合并后进行旋转蒸发。
结果与讨论
在本研究中，通过 PFBT 聚合物沉淀制备的聚合物点（Pdots）尺寸极小，小于 10 nm。值得注意的是，这些聚合物点（Pdots）在约 +1.50 V 处显示出明显的阳极 ECL 信号，起始电位约为 +1.21 V。对聚合物点进行的循环伏安法（CV）检测揭示了两个独立的氧化事件，峰电位分别出现在约 +1.19 V 和 +1.40 V。
结论
在本研究中，研究人员提出了一种创新方法，利用 ECL 装置对复杂样品中的痕量 As (III) 浓度进行准确且可视化的监测。首先，研究人员通过依次结合对亚砷酸盐敏感的 DNA 适配体和罗丹明 B（RhB），对 PFBT 聚合物点（Pdots）进行定制，制备出用于 As (III) 检测的传感器。观察发现，由于聚合物点（Pdots）与罗丹明 B（RhB）之间发生的共振能量转移（RET）机制，PFBT 聚合物点（Pdots）发出的 ECL 强度降低。向系统中引入 As (III) 后，As (III) 与适配体特异性结合，导致罗丹明 B（RhB）置换，进而恢复 ECL 信号。研究人员成功将该传感机制集成到电极平台上，实现了对实际湖水样品中 As (III) 浓度的快速可视化评估。这项研究为复杂样品中痕量 As (III) 的检测提供了新的有效途径，在环境和食品安全监测方面具有重要应用价值。
CRediT 作者贡献声明
Cheng Wang：撰写原始草案、可视化、验证、调查、获取资金、形式分析、数据整理。Chengqi Li：可视化、验证、调查、形式分析、数据整理。Yang Pei：撰写原始草案、资源获取。Yulin Li：方法学、调查、概念构思。Shaoqing Chen：撰写 - 评审与编辑、监督、资源获取、项目管理、获取资金、概念构思。Ziyu Wang：撰写 - 评审与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
