結(jié)合納米材料的適配體傳感器在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

王嫦嫦，鄭思潔，戰(zhàn)藝芳，夏定，白向茹，王利華，姚琪，李婷婷

(武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與安全研究所，湖北 武漢， 430207)

重金屬是指比重大于5的金屬，包括鉛、鎘、汞、砷、鉻、鋅和銅等45種。其中，對(duì)人體危害較大的有鉛、鎘、汞、砷等。重金屬是一種對(duì)生物和環(huán)境具有嚴(yán)重影響的普遍污染物，其在水體中不能被分解，在微生物的作用下能夠轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬化合物[1]。在食物鏈系統(tǒng)的放大作用下，重金屬容易在動(dòng)物和人體內(nèi)積累，對(duì)黏液組織、腸道、骨骼、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等造成嚴(yán)重的傷害。此外，長(zhǎng)期接觸有毒重金屬可能對(duì)動(dòng)物和人體有致癌作用[2]。

現(xiàn)階段，用于重金屬檢測(cè)的方法主要是以原子熒光法[3]、原子吸收法[4]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[5]和電感耦合等離子體質(zhì)譜[6]等為代表的大型儀器分析法，這類(lèi)方法可對(duì)重金屬進(jìn)行精準(zhǔn)定量，但前處理步驟繁瑣、成本較高且要求專(zhuān)業(yè)人員操作。以免疫測(cè)定法為代表的快速檢測(cè)法由于具有可定性或半定量的檢測(cè)重金屬污染物、靈敏度高等特點(diǎn)，被越來(lái)越多的用于重金屬的檢測(cè)中，然而，特異性抗體的質(zhì)量和較為苛刻的儲(chǔ)存條件等一直是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。近年來(lái)，“第四代抗體”——適配體作為抗體識(shí)別的替代物，已成為重金屬檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

適配體是通過(guò)指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化(systematic evolution of ligands by exponentialenrichment，SELEX)技術(shù)體外人工篩選得到的單鏈DNA或RNA，長(zhǎng)度一般為25～60個(gè)堿基(腺嘌呤A；胸腺嘧啶T；鳥(niǎo)嘌呤G；胞嘧啶C)。與抗體相比，適配體具有高親和力和特異性，更易化學(xué)合成與修飾，無(wú)免疫原性等優(yōu)點(diǎn)[7-8]。作為一種分子識(shí)別元件，適配體可以在芳香環(huán)的疊加、氫鍵、范德華力和靜電作用下，折疊成特定的二級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu)后可結(jié)合包括重金屬[9]、蛋白質(zhì)[10]和真菌毒素[11]在內(nèi)的多種靶分子。量子點(diǎn)(quantum dot，QDs)、金納米粒子(Au nanoparticles，AuNPs)、還原氧化石墨烯(reduced graphene oxide，rGO)等納米材料是用于固定化適配體的有效材料，具有獨(dú)特的光學(xué)、電子和催化性質(zhì)，應(yīng)用于適配體技術(shù)可以極大地提高復(fù)雜樣品基質(zhì)中重金屬污染物監(jiān)測(cè)的靈敏度、選擇性和準(zhǔn)確性[12-13]，因此被深入研究并廣泛應(yīng)用于重金屬的定量檢測(cè)。本文概括了重金屬離子Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ag+、As3+的適配體序列，并總結(jié)了多種結(jié)合納米材料的適配體傳感器在重金屬檢測(cè)中的技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)。

1 適配體檢測(cè)方法

近年來(lái)，研究者們利用SELEX程序篩選到多種重金屬離子的適配體，表1列舉了利用適配體技術(shù)檢測(cè)重金屬Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ag+、As3+的方法。

1.1 適配體用于Pb2+的檢測(cè)

研究表明[14-17]，3種類(lèi)型的功能性DNA分子對(duì)Pb2+具有特異性的親和力，一種是依賴(lài)于Pb2+的8-17 脫氧核酶，其是以Pb2+為輔因子，在易裂核糖核苷位置顯示出裂解活性；第二種是GR-5脫氧核酶，其與依賴(lài)于Pb2+的8-17脫氧核酶具有類(lèi)似的裂解活性，但對(duì)Pb2+的選擇性比8-17脫氧核酶要高。近年來(lái)，由于具有獨(dú)特的高階結(jié)構(gòu)和超高的G-四聚體(G-4)穩(wěn)定化效率，富含G的適配體結(jié)合熒光測(cè)定法、比色法和電化學(xué)法在重金屬離子Pb2+的檢測(cè)中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。LI等[18]利用在Pb2+存在時(shí)，富含G的適配體容易從無(wú)規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)換成更穩(wěn)定的G-4分體結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了用于水中Pb2+測(cè)定的一種高選擇性和高靈敏的適配體電化學(xué)法，該方法的線性范圍為0.001～1 000 μmol/L，檢出限為0.4 nmol/L。LONG等[19]基于Pb2+可以誘導(dǎo)適配體構(gòu)象變化，形成穩(wěn)定的G-4/Pb2+復(fù)合物，開(kāi)發(fā)了一種競(jìng)爭(zhēng)性的適配體熒光測(cè)定法，用于環(huán)境樣品中Pb2+的檢測(cè)，該方法的線性范圍為1～300 nmol/L，檢出限為0.22 nmol/L。

1.2 適配體用于Hg2+和Ag+的檢測(cè)

由于具有可逆的金屬結(jié)合力，目標(biāo)金屬離子會(huì)在離子半徑、配位行為和水合效應(yīng)等陽(yáng)離子性質(zhì)的作用下，結(jié)合適配體并誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性的二級(jí)結(jié)構(gòu)[20-22]。當(dāng)溶液中含有Hg2+和Ag+時(shí)，目標(biāo)金屬離子會(huì)將T-T和C-C錯(cuò)配轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的堿基對(duì)并形成相應(yīng)的特定結(jié)構(gòu)，其中，T-T錯(cuò)配會(huì)選擇性的捕獲Hg2+以形成T-Hg2+-T復(fù)合物[23-24]，而C-C錯(cuò)配只能識(shí)別Ag+形成C-Ag+-C復(fù)合物[25-26]。WU等[27]開(kāi)發(fā)了基于T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)的磁性適配體電化學(xué)法，用于水樣中Hg2+的測(cè)定。由于鏈霉親和素和生物素之間的特異性相互作用，生物素標(biāo)記的富含T的適配體與固定在磁性玻碳電極表面的鏈霉親和素修飾的磁珠結(jié)合。當(dāng)溶液中加入Hg2+時(shí)，富含T的適配體可以捕獲Hg2+形成穩(wěn)定的T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電化學(xué)信號(hào)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)Hg2+的高靈敏和高選擇性測(cè)定，該方法的檢出限為0.33 nmol/L，線性范圍為1～200 nmol/L。XI等[28]開(kāi)發(fā)了基于C-Ag+-C結(jié)構(gòu)的比色法，用于快速、選擇性和靈敏地檢測(cè)水溶液中的Ag+，該比色法的線性范圍為1 nmol/L～1 μmol/L，檢出限低至0.236 nmol/L。

1.3 適配體用于Cd2+的檢測(cè)

WU等[29]利用SELEX技術(shù)篩選到了Cd2+的高親和力適配體Cd-4(解離常數(shù)為34.5 nmol/L)，對(duì)Cd-4堿基序列進(jìn)行分析，與富含A和C的非重復(fù)性單鏈DNA序列相比，富含T和G的單鏈DNA更容易與Cd2+結(jié)合，這與A和C缺乏形成配位鍵的位點(diǎn)，對(duì)Cd2+的親和力較弱有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，并進(jìn)一步將Cd-4作為分子識(shí)別元件，開(kāi)發(fā)了用于Cd2+測(cè)定的比色法，該比色法的線性范圍為10 nmol/L～1 mmol/L，檢出限低至4.6 nmol/L。

1.4 適配體用于As3+的檢測(cè)

KIM等[30]基于親和柱的SELEX技術(shù)篩選到了As3+的高親和力適配體Ars-3(對(duì)As3+和As5+的解離常數(shù)分別為7.05 nmol/L和4.95 nmol/L)。WU等[31]利用適配體Ars-3作為分子識(shí)別元件，開(kāi)發(fā)了基于帶正電荷的陽(yáng)離子聚合物介導(dǎo)的AuNPs聚合的比色法，檢出限為5.3×10-9。然而，由于AuNPs對(duì)反應(yīng)條件十分敏感，該比色法的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。在此基礎(chǔ)上，WU等[32]進(jìn)一步提出了一種新型的血紅素-H2O2體系氧化3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine，TMB)比色法。在沒(méi)有As3+時(shí)，適配體Ars-3在π-π作用下結(jié)合到血紅素的吡咯環(huán)上，從而抑制血紅素對(duì)TMB的催化活性，溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。添加As3+后，適配體Ars-3會(huì)與As3+結(jié)合形成Ars-3/As3+復(fù)合物，游離的血紅素催化氧化TMB，生成二氨基甲酸酯的黃色產(chǎn)物，溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)辄S色。該比色法在檢測(cè)穩(wěn)定性提高的前提下，實(shí)現(xiàn)了As3+的高靈敏和選擇性測(cè)定。

現(xiàn)階段，雖然已經(jīng)篩選到了多種重金屬離子的適配體，但利用適配體技術(shù)檢測(cè)重金屬只局限在Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ag+、As3+等靶標(biāo)物上，其他重金屬的適配體在應(yīng)用范圍、特異性和親和力方面的研究仍較為欠缺。

表1 適配體重金屬檢測(cè)方法Table 1 Aptamers detection methods for heavy metals

2 基于納米材料的適配體傳感器在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

基于納米材料的適配體傳感器是以適配體為分子識(shí)別元件，以與靶標(biāo)物的特異性作用引起的直接或間接信號(hào)變化并結(jié)合納米材料的獨(dú)特性能來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的一類(lèi)傳感器[33-35]。根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換方式的不同，其可分為基于納米材料的電化學(xué)適配體傳感器、基于納米材料的熒光適配體傳感器、基于納米材料的比色適配體傳感器、基于納米材料的表面增強(qiáng)拉曼光譜(surface enhanced Raman spectroscopy，SERS)適配體傳感器等幾大類(lèi)。表2列舉了幾種基于納米材料的適配體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀。

表2 基于納米材料的重金屬適配體傳感器Table 2 Aptasensors for heavy metal detection based on nanomaterial materials

2.1 基于納米材料的電化學(xué)適配體傳感器

將納米材料應(yīng)用于電化學(xué)適配體傳感器中可以有效地提高傳感器的導(dǎo)電性能和催化性能[36-37]，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、靈敏度高、易微型化等特點(diǎn)，是目前重金屬分析最活躍的研究領(lǐng)域之一。

ZHANG等[38]開(kāi)發(fā)了高靈敏和選擇性檢測(cè)Hg2+的電化學(xué)適配體傳感器，在Au-S共價(jià)鍵作用下固定在金電極表面的DNA-1與適配體雜交形成雙鏈體結(jié)構(gòu)，當(dāng)體系中存在靶標(biāo)物Hg2+時(shí)，Hg2+特異性的結(jié)合適配體形成更穩(wěn)定的T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)，使得與DNA-1雜交的適配體量減少，電化學(xué)信號(hào)增大。該傳感器的線性范圍寬(0.1～200 nmol/L)，靈敏度高(檢出限為0.05 nmol/L)，并已成功的用于自來(lái)水和河水中Hg2+的檢測(cè)(加標(biāo)回收率為96.9%～102%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.35%～3.17%)。ENSAFI等[39]基于3D-rGO/AuNPs開(kāi)發(fā)了用于測(cè)定As3+的新型電化學(xué)適配體傳感器，如圖1所示，將3D-rGO/AuNPs滴涂修飾到玻碳電極上，再在Au-S共價(jià)鍵作用下將5′-硫代適配體修飾到3D-rGO/AuNPs的表面，當(dāng)存在靶標(biāo)物As3+時(shí)，5′-硫代適配體與As3+結(jié)合形成G-4分體結(jié)構(gòu)，阻礙反應(yīng)體系的電子轉(zhuǎn)移，使得電化學(xué)阻抗譜的信號(hào)增加。在最佳檢測(cè)條件下，該電化學(xué)適配體傳感器對(duì)As3+的檢出限(1.4×10-7ng/mL)極低，線性范圍為3.8×10-7～3.0×10-4ng/mL，并已成功地用于實(shí)際水樣中As3+的測(cè)定(自來(lái)水，河水和廢水中的加標(biāo)回收率為96%～104%)。此外，所開(kāi)發(fā)的基于3D-rGO/AuNPs的電化學(xué)適配體傳感器具有良好的的選擇性(高濃度的其他金屬離子如Zn2+、Ag+和As5+等不影響As3+的測(cè)定)和重現(xiàn)性(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2%)?；诩{米材料的電化學(xué)適配體傳感器具有靈敏度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、易微型化、選擇性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但檢測(cè)的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。

圖1 電化學(xué)適配體傳感器的示意圖[39]Fig.1 The mechanism reaction of the proposed electrochemical aptasensor[39]

2.2 基于納米材料的熒光適配體傳感器

近年來(lái)，基于納米材料的熒光適配體傳感器在分析化學(xué)領(lǐng)域中備受研究者們的關(guān)注[40]，被認(rèn)為是一種重要的重金屬檢測(cè)工具。

SUN等[41]基于磁分離和T-Hg2+-T堿基對(duì)的形成，開(kāi)發(fā)了用于Hg2+檢測(cè)的熒光適配體傳感器。如圖2所示，鏈霉親和素修飾的磁珠會(huì)在鏈霉親和素-生物素的強(qiáng)相互作用下捕獲生物素修飾的適配體形成適配體功能化的磁珠，在沒(méi)有Hg2+的情況下，熒光標(biāo)記的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)探針可以通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)與適配體功能化的磁珠結(jié)合。磁分離后的檢測(cè)溶液中幾乎沒(méi)有熒光標(biāo)記的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)探針，導(dǎo)致熒光信號(hào)弱。當(dāng)溶液中存在Hg2+時(shí)，Hg2+會(huì)誘導(dǎo)適配體和輔助DNA之間形成T-Hg2+-T堿基對(duì)。通過(guò)磁分離去除適配體功能化的磁珠后，溶液中會(huì)殘留一定量的熒光標(biāo)記的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)探針，導(dǎo)致熒光信號(hào)顯著增強(qiáng)。該傳感器的線性范圍為2～160 nmol/L，檢出限為0.2 nmol/L，已成功的用于河水和帶魚(yú)中Hg2+的測(cè)定(回收率為92.94%～105.16%，變異系數(shù)為0.44%～0.94%)。ZHAO等[42]利用石墨烯QDs的良好生物相容性和強(qiáng)熒光性，石墨烯QDs和GO之間獨(dú)特的電子轉(zhuǎn)移引起的熒光猝滅以及G-4/Pb2+復(fù)合物的形成而導(dǎo)致的熒光恢復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)Pb2+的定量分析。該熒光適配體傳感器檢測(cè)時(shí)間短(1 min)、線性范圍寬(9.9～435 nmol/L)，且對(duì)Cd2+、Ag+、Cu2+、Hg2+等干擾離子表現(xiàn)出良好的選擇性。

WU等[43]提出了一種基于QDs和DNA酶的熒光適配體傳感器，用于Pb2+和Cu2+的高靈敏、高選擇性檢測(cè)。在沒(méi)有目標(biāo)金屬離子Pb2+和Cu2+的情況下，DNA酶與底物在堿基互補(bǔ)配對(duì)的作用下結(jié)合，由于熒光共振能量轉(zhuǎn)移，DNA酶上標(biāo)記的猝滅劑可以有效地猝滅QDs的熒光。在Pb2+和Cu2+存在時(shí)，金屬離子會(huì)優(yōu)先與DNA酶結(jié)合，使得底物和DNA酶遠(yuǎn)離QDs的表面，反應(yīng)體系的熒光恢復(fù)。該傳感器的線性范圍為1～50 nmol/L，Pb2+和Cu2+的檢出限分別為0.2 nmol/L和0.5 nmol/L?？偟膩?lái)說(shuō)，基于納米材料的熒光適配體傳感器可以實(shí)現(xiàn)重金屬離子的快速、高靈敏和高特異性測(cè)定，但熒光信號(hào)容易受到檢測(cè)體系共存物的干擾，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性。

2.3 基于納米材料的比色適配體傳感器

基于納米材料的比色適配體傳感器具有無(wú)需儀器的可視化潛力、實(shí)驗(yàn)成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[44-45]，已成為不同種類(lèi)重金屬離子檢測(cè)最理想的方法之一。

AuNPs是一種經(jīng)典的貴金屬納米材料，具有較高的消光系數(shù)且在不同聚集態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的顏色變化[46]，被廣泛用于比色適配體傳感器的構(gòu)建中。WU等[29]利用AuNPs這種獨(dú)特的性能，開(kāi)發(fā)了用于Cd2+測(cè)定的比色法。當(dāng)不存在Cd2+時(shí)，適配體與二烯丙基二甲基氯化銨(poly dimethyl ammonium chloride,PDDA)結(jié)合形成“雙鏈體”結(jié)構(gòu)，溶液中的AuNPs由于缺乏PDDA而無(wú)法聚集，此時(shí)溶液的顏色是酒紅色。當(dāng)溶液中存在靶標(biāo)物Cd2+時(shí)，適配體優(yōu)先與Cd2+結(jié)合，游離的PDDA會(huì)聚集AuNPs，溶液的顏色從酒紅色變成藍(lán)色。TAGHDISI等[47]開(kāi)發(fā)了一種基于聚乙烯亞胺和AuNPs的比色適配體傳感器(圖3)，用于Pb2+的選擇性檢測(cè)。在沒(méi)有Pb2+的情況下，適配體在靜電作用下與聚乙烯亞胺結(jié)合，導(dǎo)致聚乙烯亞胺的數(shù)量不足以誘導(dǎo)AuNPs的聚集，溶液為酒紅色。加入Pb2+后，適配體的構(gòu)像發(fā)生變化，形成G-4/Pb2+復(fù)合物，游離的帶正電荷的聚乙烯亞胺會(huì)誘導(dǎo)AuNPs聚集，溶液顏色由酒紅色變?yōu)樗{(lán)色。該傳感器的線性范圍為0～10 nmol/L，檢出限為702 pmol/L，并已成功應(yīng)用于大鼠血清和自來(lái)水中Pb2+的檢測(cè)。此外，研究表明，銀染色的增強(qiáng)效應(yīng)很大程度上取決于AuNPs的數(shù)量和分散狀態(tài)[48-49]。當(dāng)AuNPs分散時(shí)，每個(gè)AuNPs都暴露在銀增強(qiáng)溶液中，導(dǎo)致AuNPs的表面積大得多，從而催化在單位時(shí)間內(nèi)減少更多的銀離子，溶液顏色較深。然而，當(dāng)AuNPs聚集時(shí)，只有外部的AuNPs暴露在外，因此催化的銀離子減少，溶液顏色較淺?；谶@一現(xiàn)象，CHEN等[50]構(gòu)建了用于Hg2+檢測(cè)的比色適配體傳感器，在Hg2+存在時(shí)，適配體功能化的AuNPs由于T-Hg2+-T復(fù)合物的形成而聚集在一起，導(dǎo)致在著色過(guò)程中暴露銀離子的AuNPs表面積大大降低，因此，溶液的顏色較淺。當(dāng)不存在Hg2+時(shí)，適配體功能化的AuNPs分散暴露于銀增強(qiáng)溶液中，此時(shí)溶液顏色較深。該比色傳感器的線性范圍為1～500 nmol/L，且對(duì)干擾離子(Cd2+、Ag+、Cu2+等)表現(xiàn)出良好的特異性。與其他分析方法相比，基于納米材料的比色適配體傳感器無(wú)需復(fù)雜的設(shè)備，可以直接通過(guò)肉眼觀察到的顏色變化來(lái)檢測(cè)重金屬，更有利于實(shí)現(xiàn)樣品的原位實(shí)時(shí)快速篩查，但其檢測(cè)的靈敏度較低，且容易受到樣品基質(zhì)的干擾。

圖3 基于聚乙烯亞胺和AuNPs的比色適配體傳感器， 用于Pb2+的檢測(cè)[47]Fig.3 Schematic diagram of colorimetric aptasensor based on polyethyleneimine and AuNPs for Pb2+ detection[47]

2.4 基于納米材料的SERS適配體傳感器

SERS是一種強(qiáng)大的振動(dòng)光譜技術(shù)，可通過(guò)放大由局部表面等離子體激發(fā)而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，對(duì)低濃度分析物進(jìn)行快速、無(wú)損和痕量化學(xué)檢測(cè)[51-52]。近年來(lái)，將納米材料應(yīng)用于SERS適配體傳感器中可極大地提高檢測(cè)靈敏度，已成為適配體傳感領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。

DU等[53]提出了一種便攜式高靈敏SERS適配體傳感器，4,4-聯(lián)吡啶(4,4-bipyridine,DPY)分子有2個(gè)對(duì)稱(chēng)形式的吡啶環(huán)，這兩個(gè)富含電子的氮原子可以結(jié)合到Au@Ag納米顆粒的銀殼上，當(dāng)溶液中存在Hg2+時(shí)，DPY會(huì)優(yōu)先與Hg2+結(jié)合并從Au@Ag納米顆粒上釋放出來(lái)，從而淬滅DPY的SERS信號(hào)。該SERS適配體傳感器的線性范圍為1.0×10-14～1.0×10-10mol/L，檢出限為1.0×10-14mol/L，在牛奶、橙汁和湖水中的加標(biāo)回收率為98.33%～107.77%。具有可回收利用、每次測(cè)試只需要非常少量的樣本(20 μL)、耗時(shí)短(在4 min內(nèi)即可完成檢測(cè))、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。LU等[54]開(kāi)發(fā)了基于T-Hg2+-T堿基對(duì)和SiO2@Au核殼結(jié)構(gòu)的SERS適配體傳感器，用于水溶液中Hg2+的超靈敏和選擇性測(cè)定。如圖4所示，在Au-S共價(jià)鍵作用下將富含T的適配體固定在SiO2@Au核殼納米顆粒的表面上，加入Hg2+后，Hg2+可以特異性的結(jié)合適配體上的T堿基形成T-Hg2+-T堿基對(duì)，使得固定SiO2@Au核殼表面上的適配體方向由平行變?yōu)榇怪保鼜?qiáng)度比I(660 cm-1)/I(736 cm-1)隨著Hg2+濃度的增加而增加。該基于納米材料的SERS適配體傳感器的線性范圍為1×10-8～1×10-3mol/L，檢出限低至10 nmol/L，且對(duì)Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+等干擾離子表現(xiàn)出良好的選擇性。基于納米材料的SERS適配體傳感器可以實(shí)現(xiàn)重金屬離子的高選擇性、便攜式和超靈敏檢測(cè)，但一般需要外部拉曼標(biāo)記，這必然會(huì)增加檢測(cè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

圖4 用于Hg2+測(cè)定的無(wú)標(biāo)記SERS適配體傳感器 示意圖[54]Fig.4 Schematic representation of the label-free SERS aptasensor detection method for Hg2+ detection[54]

3 結(jié)語(yǔ)

納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)、電子和催化性質(zhì)，是用于固定化分子識(shí)別元件-適配體的有效材料。結(jié)合納米材料的適配體傳感器在重金屬分析檢測(cè)中具有快速、靈敏度高和選擇性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)撡|(zhì)。然而，目前文獻(xiàn)報(bào)道的重金屬適配體主要集中在Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ag+、As3+上，仍有許多重金屬缺乏適配體，未來(lái)需進(jìn)行大量的適配體篩選工作；在重金屬分析檢測(cè)中，多數(shù)研究的適配體只針對(duì)一種靶標(biāo)物，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)多種靶標(biāo)物的同時(shí)、高效、準(zhǔn)確檢測(cè)；此外，多種結(jié)合納米材料的適配體傳感器還未能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜樣品的實(shí)時(shí)檢測(cè)，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)高靈敏重金屬傳感器及小型便攜式商業(yè)快檢設(shè)備、產(chǎn)品的研發(fā)。