Microchem J：基于GOCS复合物和纳米金双重信号放大的印迹有限域适体电化学传感器特异性检测Cd²⁺

      在当今环境污染日益严重的背景下，重金属离子的检测一直是环境科学和公共卫生领域的热点话题。镉离子（Cd²⁺）作为一种常见的重金属污染物，因其极高的毒性，即使在极低浓度下也会对人体健康造成严重危害，如肝损伤、肾功能衰竭等。因此，开发一种高灵敏度、高选择性的镉离子检测方法显得尤为重要。

     上海工程技术大学的徐飞教授团队开发了一种基于双重信号放大和特异性识别的电化学生物传感器，为镉离子的超灵敏检测提供了一种全新的解决方案。

     该传感器的设计基于玻璃碳电极（GCE），GOCS复合材料和金纳米颗粒（AuNPs），并结合了核酸适配体（aptamer）和离子印迹聚合物（IIP）的双重特异性识别能力。GOCS的层状结构为电极提供了高比表面积，而AuNPs则显著提高了电极的活性。两者的协同作用不仅增强了信号放大效果，还为后续的修饰和功能化提供了良好的基础。通过电聚合方法在电极表面形成IIP层，该层具有与镉离子形状和功能基团互补的特异性印迹空腔，能够实现对Cd²⁺的特异性检测。此外，核酸适配体的引入进一步提高了传感器的选择性和亲和力，使其在复杂环境中能够精准识别镉离子。

• 双信号放大材料：

  GOCS复合材料：具有层状结构和高比表面积，增强了电极的导电性和亲水性。

  金纳米颗粒（AuNPs）：沉积在GOCS表面，进一步提升了电子传输速率和催化活性

• 双重识别机制：

  离子印迹聚合物（IIP）：以镉离子为模板电聚合形成特异性识别空腔。

  适配体（Aptamer）：通过Au-S键固定在电极表面，提供高亲和力和选择性。

• 性能卓越：超低检测限(0.15 μg/L)，远低于WHO标准；宽线性范围(0.4–30 μg/L)，覆盖环境水样的实际需求；抗干扰能力强。

图1. 制备IIP/Apt/AuNP/GOCS/GCE的示意图

图2.GOCS/GCE(a)、AuNP/GOCS/GCE(b)、Apt/AuNP/GOCS/GCE(c)、IIP/ Apt /AuNP/GOCS/GCE(d)的SEM，IIP/Apt/AuNP/GOCS/GCE中S(e)、Au(f)、C(g)、O(h)的元素映射图和IIP/Apt/AuNP/GOCS/GCE的EDS谱(i)

图3.裸/GCE、GOCS/GCE、AuNPs/GOCS/GCE、Apt/AuNPs/GOCS/GCE、IIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE 的 CV(a)、EIS(b)以及 IIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE 洗脱后的Cd、裸/GCE、GOCS/GCE 的 EIS(c)和 AuNPs/GOCS/GCE、Apt/AuNPs/GOCS/GCE 的 EIS(d)

图4.裸/GCE、Apt/AuNPs/GOCS/GCE、IIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE 和 NIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE 的 DPV 响应

图5.不同功能单体(a)、适配体浓度(b)、孵育时间(c)、模板与单体比率(d)、扫描速率(e)和扫描周期(f)对电流响应的影响

图6.不同浓度镉离子溶液中IIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE的DPV 曲线(a)和标准曲线(b)、IIP(NIP)/Apt/AuNPs/GOCS/GCE的选择性(c)以及 IIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE 的重现性(d)

表1. IIP/Apt/AuNPs/GOCS/GCE在真实的样品中的应用

该研究开发的基于双重信号放大和特异性识别的电化学生物传感器，为镉离子的超灵敏检测提供了一种高效、准确的新方法。该传感器不仅具有低检测限、宽线性范围和高灵敏度的优点，还展现出优异的选择性、稳定性和可重复性，能够满足实际环境监测和食品安全检测中对镉离子检测的需求。这一研究成果为重金属离子的快速、精准检测开辟了新的道路，也为未来开发更多高性能的电化学生物传感器提供了宝贵的经验和思路。随着技术的不断进步和创新，相信在不久的将来，类似的传感器将在环境监测、食品安全、生物医学等多个领域发挥更大的作用，为人类的健康和环境保护保驾护航。

免责声明：原创仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，如有侵权，请联系删除，文献解读如有疏漏之处，我们深表歉意。