美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校(University of Nebraska-Lincoln；UNL)的研究人員開發(fā)出一系列的金屬探測(cè)生物傳感器，其中包括一款金質(zhì)傳感器。這種金質(zhì)傳感器是在紙帶上制造出相當(dāng)于石蕊試紙條的大小，專為滿足低成本、便于攜帶且能重復(fù)使用的需求而設(shè)計(jì)。
內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校化學(xué)系副教授Rebecca Lai正致力于在各種不同的發(fā)展階段研究能夠檢測(cè)汞、銀或鉑的傳感器。類似的技術(shù)還可應(yīng)用于尋找鎘、鉛、砷或其他的金屬與非金屬。這些傳感器的主要目的在于檢測(cè)水中的污染物。
研究人員們希望，有一天人們不必再將水質(zhì)樣本送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行費(fèi)時(shí)的檢測(cè)，只需使用生物傳感器定期地監(jiān)測(cè)家庭供水中是否出現(xiàn)鉛、汞、砷或其他危險(xiǎn)的污染物。
DNA探針固定在包含于線圈的金屬(金)電極。從晶體中央加入約10微升(ul)的水質(zhì)樣本至傳感器進(jìn)行檢測(cè)。附加于接觸焊墊的白、綠和紅色導(dǎo)線連接至手持式電源（來源：Northeastern University）
Rebecca Lai正是致力于尋找更佳新方法的科學(xué)家之一。貴金屬不僅具有美觀與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在醫(yī)療與科學(xué)應(yīng)用上也有越來越多的需求，包括用于抗癌藥物、治療肺結(jié)核和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的藥物等。
“對(duì)于采礦產(chǎn)業(yè)來說，為了采金進(jìn)行地球化學(xué)探勘變得越來越重要，”Lai解釋，“而這需要開發(fā)出能在復(fù)雜的生物與環(huán)境樣本中辨識(shí)與量化金元素的靈敏、可選且具成本效益的分析方法。”
科學(xué)家們已經(jīng)采用了幾種策略來尋找金元素，例如基于螢光的傳感器、納米材料以及使用基因改造大腸桿菌的全細(xì)胞生物傳感器等。Lai正是一項(xiàng)在2013年探索以大腸桿菌作為金質(zhì)生物傳感器研究的共同作者。
DNA是幾乎所有生物有機(jī)體的基因信息載體，似乎不太可能成為檢測(cè)金元素或其他金屬的方法。然而，Lai的研究利用觀察金屬離子與DNA四個(gè)基本建構(gòu)模組(腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤和胸腺嘧啶)之間的長(zhǎng)期互動(dòng)。
不同的金屬離子具有與不同DNA鹼基的親近程度。例如，金傳感器是基于金離子與腺嘌呤間的相互作用、汞傳感器基于汞離子與胸腺嘧啶互動(dòng)、銀傳感器則以銀離子與胞嘧啶的相互作用為基礎(chǔ)。
新創(chuàng)公司NUtech Ventures已為內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校開發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用化，目前該公司正尋求專利保護(hù)，并為L(zhǎng)ai的金屬離子傳感器尋找授權(quán)合作夥伴。
“雖 然已經(jīng)針對(duì)這些相互作用進(jìn)行了充份的研究，但卻還未實(shí)際用于電化學(xué)金屬離子傳感應(yīng)用，”Lai與博士研究生Yao Wu在最近發(fā)表于《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)期刊中的文章——“具有高靈敏度與可調(diào)動(dòng)態(tài)范圍的電化學(xué)三價(jià)金(Ⅲ)傳感器”一文中解釋。
這篇文章中還探討論腺嘌呤鏈如何用于該設(shè)計(jì)中，以及制造出這一類型的電化學(xué)生物傳感器，以便能夠用于測(cè)量水質(zhì)樣本中是否存在某種目標(biāo)金屬及其于水中的濃度。
基于DNA的傳感器能夠檢測(cè)來自金溶液中的金(Ⅲ)離子。汞和銀傳感器還可檢測(cè)溶解的汞與銀離子。
“所檢測(cè)到的金(Ⅲ)離子必定來自金屬的金元素，因此，如果在供水中發(fā)現(xiàn)金，附近某處一定有金的沉積，”Lai解釋。不過，在基于DNA的生物傳感器得以實(shí)現(xiàn)商用化以前，他們還需要進(jìn)行更詳細(xì)的調(diào)整。
Lai的傳感運(yùn)作原理是藉由測(cè)量從電極傳送至示蹤分子(此例中為亞甲藍(lán))的電流。由于少了金(III)離子，可觀察到相當(dāng)高的電流，因?yàn)橄汆堰舒溙结樉哂懈叨葟椥?，電子在電極與示蹤分子之間的轉(zhuǎn)移也十分有效率。
但該樣本在結(jié)合金(III)元素時(shí)，腺嘌呤DNA探針的靈活性受到阻礙，從而導(dǎo)致由示蹤分子而來的電流大量減少。此外，電流變化的程度可用于決定樣本中的金元素濃度。
為了讓這種傳感器能重復(fù)使用多次，可采用另一種配體從傳感器上移除金(III)元素。
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