《Journal of the Indian Chemical Society》：Synthesis, Structural Characterization, and Immunochromatographic Application of a Hg–EDTA–BSA Conjugate for Mercury Detection
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本研究成功合成并表征了新型汞络合物Na2[HgEDTA]，发现其与BSA结合后可用于快速、灵敏的免疫层析法检测环境中的汞离子，为现场分析提供新方案。
Jhonatan Rabanal-Sanchez | Jaime Vega-Chacon | Jaime Rosales-Rimache
秘鲁利马林塞（Lince）国家卫生研究所，国家职业健康与环境保护中心，Las Amapolas街350号
摘要
由于汞的生物累积性和高毒性，汞污染仍然是一个全球性问题，对环境和健康构成严重威胁。传统的汞(II)检测方法虽然灵敏，但需要昂贵的仪器和复杂的样品处理过程，这限制了其在现场分析中的应用。免疫层析法提供了一种快速且用户友好的替代方案。在本研究中，我们报告了一种新型汞配合物Na?[HgEDTA]的合成、表征及其在免疫层析分析中的应用，该配合物专为选择性检测汞(II)离子而设计。该配合物通过HgCl?与Na?EDTA在水介质中的直接配位反应（摩尔比为1:1）获得，并通过FT-IR和XRD分析证实了新晶体相的形成以及Hg2?与EDTA羧基团的配位。在合成尿液中的UV-Vis光谱显示，该化合物在267 nm处具有稳定的吸收峰，表明其在生物相关条件下的结构稳定性。随后将Hg-EDTA配合物与牛血清白蛋白（BSA）结合，制备成免疫原Hg-EDTA-BSA，用作免疫层析试纸的涂层抗原。通过柠檬酸还原法合成的胶体金纳米颗粒（AuNPs，λ_max = 530 nm）成功与单克隆抗Hg-EDTA抗体结合，显示出向540 nm的吸光度红移，证实了抗体的吸附。组装好的侧向流动免疫分析显示出清晰的测试线和对照线，证明了抗原-抗体的特异性识别以及高效的毛细管迁移。这些结果验证了Hg-EDTA-BSA结合物的合成和结构完整性，并证实了其作为稳定且灵敏的汞离子快速比色检测平台的适用性。
引言
汞是一种高毒性重金属，能够在大多数生物体内累积[1]。它以元素态、无机态和有机态存在[2]。室温下的液态汞容易蒸发，并可通过吸入被人体吸收，随后在肝脏、肾脏和大脑中积累[3]。无机汞盐的毒性更强，可通过微生物作用转化为甲基汞（MeHg）[4]，这种形式会在鱼类体内累积，是人类接触汞的主要来源[5]。汞可以通过吸入、摄入或皮肤吸收进入人体，在职业环境中吸入是最主要的途径。汞对细胞蛋白中的巯基（-SH）具有很强的亲和力，会破坏酶活性，导致肾脏、神经系统和胃肠道损伤；此外，甲基汞还具有遗传毒性和致畸性[6]。
人类活动——尤其是采矿和工业过程每年向环境中释放大量汞[7]、[8]。在秘鲁，手工和小规模金矿开采（ASGM）是汞污染的主要来源，尤其是在安第斯和亚马逊地区[9]。在矿区附近的鱼类、河流和空气中检测到高浓度的汞[10]。在秘鲁高地区阿雷基帕（Arequipa）的儿童中，头发样本中的平均汞浓度（7.47 ± 26.9 ppb）高于利马（2.47 ± 1.28 ppb）[11]。在雨林地区马德雷德迪奥斯（Madre de Dios），37.7%的人口汞浓度超过世界卫生组织（WHO）的阈值（>2.2 μg/g）[12]，91%的人血液中检测到甲基汞[13]。其他研究也报告了秘鲁多个矿区存在多种重金属的共暴露现象[14]、[15]、[16]。
近年来，许多研究使用各种分析技术（主要是光谱和电化学方法）对汞进行了测定和形态分析[17]。其中最常用的光谱方法包括原子吸收光谱（AAS，测量汞原子对光的吸收[18]）、原子荧光光谱（AFS，检测激发态汞原子发出的荧光[19]）、电感耦合等离子体光学发射光谱（ICP-OES，量化等离子体中激发态离子的光学发射[20]）以及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS，通过离子质量分析实现超痕量检测[21]。这些方法对包括水、土壤、鱼类和化妆品样本在内的多种基质具有高灵敏度、宽线性范围和优异的精确度[17]。
与此同时，伏安法和电位法等电化学方法在存在其他金属离子的情况下也能对汞(II)离子表现出显著的选择性和低检测限。总体而言，这些方法能够准确可靠地定量和区分汞的不同形态，是环境和毒理学监测的重要工具[17]。然而，目前大多数汞测定方法需要复杂的仪器、受过培训的人员和昂贵的基础设施，这限制了它们的分布式应用[17]。
因此，基于金纳米颗粒和乙二胺四乙酸（EDTA）的替代传感平台应运而生，成为汞检测的有前景的工具，具有快速、经济高效和适用于现场分析的优势。去质子化的EDTA物种容易与汞(II)离子形成稳定的配合物[22]，这是因为它们的HOMO能级较高，增强了其电子给体和亲核性[23]。尽管EDTA具有很强的螯合能力，但由于金属-EDTA配合物的分子量较低且缺乏内在的免疫原性，其直接应用于免疫分析系统仍受到限制[24]。本文通过合成和表征Hg-EDTA-BSA结合物来克服这一关键限制，使其能够作为有效的免疫识别元件。此外，通过将该结合物与经过特定单克隆抗体功能化的金纳米颗粒结合，本研究旨在开发一种坚固的免疫层析试纸，用于复杂基质中的汞检测。
Hg-EDTA配合物的合成
钠汞(II)乙二胺四乙酸配合物Na?[HgEDTA]是通过Hg2?离子与六齿螯合配体乙二胺四乙酸（EDTA）之间的直接配位反应合成的，EDTA因其两个胺基和四个羧基供体而对二价金属离子具有很强的亲和力。选择纯度≥99.5%的分析级汞氯化物（HgCl?）作为汞源，因为其在水中的溶解度高且Hg2?离子性质明确
Hg-EDTA-BSA配合物的合成与表征
通过FT-IR光谱分析了Hg-EDTA配合物及其前体盐，以确认配合物的形成并研究EDTA与汞离子的配位行为。完全去质子化的EDTA羧基在1590 cm?1附近显示出特征吸收峰（图1），对应于羧基（–COO?）的不对称伸缩振动。这一信号与通常出现在1600 cm?1附近的N–H变形模式部分重叠，与先前的研究结果一致
结论
本研究成功合成了Hg-EDTA-BSA配合物并对其进行了全面表征。FT-IR和UV-Vis分析证实了Hg(II)离子与EDTA羧基的有效配位。与BSA的结合赋予了该配合物免疫原性，使其可用作免疫层析分析的涂层抗原。此外，将单克隆抗体高效地结合到金纳米颗粒上，并优化了pH值、封闭处理等条件
CRediT作者贡献声明
Jaime Vega-Chacon：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、方法学设计、概念构思。
Jaime Rosales-Rimache：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、资金获取、概念构思。
Jhonatan Rabanal-Sanchez：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构思
知情同意
不适用。
伦理批准
不适用。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
数据获取
支持本研究的数据可向相应作者索取。
资助
本工作由秘鲁国家科学研究与高级研究计划（PROCIENCIA - CONCYTEC）资助，项目编号为E041-2022-02 [合同编号PE501078024-2022-PROCIENCIA]。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
