基于DNA离子载体的新型钡离子选择性电极：环境与生物监测的高效解决方案

本研究针对工业、环境和生物体系中Ba2+检测的需求，开发了一种以DNA为天然离子载体的涂丝电极。通过优化PVC膜组分（含DOP增塑剂），实现了33.15 mV/decade的超能斯特响应斜率、9秒快速响应及2.6-6.9宽pH耐受范围。该传感器在牛奶、果汁等复杂基质中回收率达96.07-98.9%，为重金属检测提供了绿色高效的替代方案。

　　

钡离子(Ba²⁺)在钢铁、陶瓷、医疗等领域应用广泛，但其过量暴露会导致消化系统损伤、呼吸衰竭等健康风险。传统检测方法如ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）虽灵敏但成本高昂，而现有电化学传感器多采用合成离子载体，存在环境负担。针对这一技术瓶颈，扎加济格大学的研究团队创新性地利用DNA的磷酸骨架作为天然离子载体，开发出性能优异的Ba²⁺选择性电极，相关成果发表于《BMC Chemistry》。

研究采用涂丝电极技术，通过优化PVC膜中DNA、DOP增塑剂和TPB（四苯基硼酸钾）的比例构建传感界面。采用SEM-EDX（扫描电镜-能谱联用）和FT-IR（傅里叶变换红外光谱）表征膜结构，通过电位分析法评估性能指标，并在实际样本（牛奶、尿液等）中进行验证。

膜组成优化
通过6种配方对比发现，含2 mg DNA和DOP的I型膜表现最佳，在10^-5-10^-2 M范围内呈现33.15 mV/decade的超能斯特斜率。SEM显示DNA的引入使膜表面形成沟槽结构，EDX检测到磷（2.44%）和氮元素证实DNA成功嵌入。

响应机制
DNA磷酸基团（O-PO₃^-）与Ba²⁺通过低溶度积（K_sp=6×10^-39）形成特异性结合，建立溶液-膜相双重平衡：
[Ba²⁺]_s?[Ba²⁺]_m
[Ba²⁺]_m+DNA-(O-PO₃^-)?[DNA-(O-PO₃^-)Ba²⁺]_m

性能验证
传感器在pH 2.6-6.9稳定工作，9秒内完成检测，十周内斜率波动仅±0.31 mV/decade。SSM（单独溶液法）测试显示对Fe³⁺/Al³⁺的选择性系数低至10^-6级，显著优于传统冠醚类离子载体（对比见表4）。实际样本检测回收率96.07-98.9%，证实其在复杂基质中的适用性。

该研究首次将DNA作为多聚离子载体应用于Ba²⁺传感，其超能斯特响应源于磷酸基团的高密度结合位点。相较于文献报道的合成离子载体（响应时间15-60秒），9秒的快速响应使其更适用于实时监测。讨论部分指出，DNA的生物相容性解决了传统传感器有毒试剂泄漏的风险，而DOP增塑剂协同提升了膜稳定性。未来可进一步探索DNA序列修饰对选择性的影响，或与微流控技术集成开发便携设备。这项技术为环境重金属监测和食品安全控制提供了新范式。