基于氧化石墨烯-核酸相互作用的多功能荧光传感平台同步检测Hg2+、BPA及靶标DNA的研究

针对环境污染物快速检测需求，研究人员开发了基于氧化石墨烯(GO)的多功能荧光传感平台，通过T-Hg2+-T结构、适配体链置换和Exo III循环扩增三种机制，实现了Hg2+(0.110 μM)、BPA(0.5035 μg/mL)和靶标DNA(11.2 pM)的高灵敏检测，回收率96.82%-107.49%，为环境污染物集成监测提供新策略。

　　

环境污染问题日益严峻，汞离子(Hg²⁺)的神经毒性、双酚A(BPA)的内分泌干扰作用以及病原微生物DNA的潜在危害，对生态系统和人类健康构成重大威胁。传统检测方法如色谱法和光谱法虽然准确可靠，但依赖大型仪器和复杂前处理步骤，难以满足现场快速检测需求。荧光生物传感器虽具便携、高灵敏等优势，却普遍存在信噪比低、探针稳定性差或多指标检测能力不足等问题。氧化石墨烯(GO)凭借卓越的荧光猝灭效率和多样化的核酸相互作用机制，为解决这些问题提供了新思路。

湖北某高校的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表研究，成功构建了基于GO的多功能荧光传感平台。该研究创新性地将三种信号转导策略——T-Hg²⁺-T特异性结合、适配体构象变化和Exo III辅助信号放大——集成于同一GO基底，实现了对重金属、有机污染物和生物标志物的同步检测。研究采用模块化设计，通过荧光光谱分析、紫外吸收光谱和凝胶电泳等技术，结合污水处理厂废水及志愿者血清样本验证，建立了三种高特异性检测体系。

汞离子荧光检测实验分析
通过T-Hg²⁺-T结构诱导双链DNA从GO表面解离，实现Hg²⁺检测。实验显示，在100-1500 nM范围内线性相关系数达0.994，检测限0.110 μM。熔解曲线分析证实，Hg²⁺使双链Tm值升高16.4°C，显著增强结构稳定性。对Na⁺、K⁺等常见离子的交叉反应率<5%，污水处理厂样品加标回收率达99.51%-103.44%。

石墨烯BPA传感模型有效性
利用BPA适配体-互补链复合物解离释放触发链，结合GO荧光猝灭特性检测BPA。在0.5-10 μg/mL范围内呈良好线性，检测限0.5035 μg/mL。适配体与BPA结合使双链Tm值降低12.6°C，对双酚B、双酚C等类似物的区分能力>92%，实际样品回收率96.82%-107.49%。

石墨烯DNA传感平台实验
采用Exo III酶剪切双链DNA实现信号放大，结合GO对核酸片段差异吸附检测靶标DNA。系统检测限达11.2 pM，较传统PCR方法灵敏度提升两个数量级。对单碱基错配DNA的识别率>90%，血清样本加标回收率97.60%-106.11%。

该研究突破现有GO传感器单指标检测的局限，通过三种机制协同作用，建立了可扩展的多污染物监测平台。尽管存在GO批次差异引起的信号波动、DNA/GO复合物储存稳定性等局限，但研究提出的标准化合成、复合物稳定化等改进方向，为技术从实验室走向环境监测应用奠定基础。这种将核酸识别特性与GO信号调控功能相结合的模块化设计思路，不仅为环境污染物现场检测提供新策略，更为多功能生物传感器开发开辟了新途径。