美國內布拉斯加大學(xué)林肯分校(University of Nebraska-Lincoln；UNL)的研究人員開(kāi)發(fā)出一系列的金屬探測生物傳感器，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于石蕊試紙條的大小，專(zhuān)為滿(mǎn)足低成本、便于攜帶且能重復使用的需求而設計。
內布拉斯加大學(xué)林肯分?；瘜W(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汞、銀或鉑的傳感器。類(lèi)似的技術(shù)還可應用于尋找鎘、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)驗室進(jìn)行費時(shí)的檢測，只需使用生物傳感器定期地監測家庭供水中是否出現鉛、汞、砷或其他危險的污染物。
DNA探針固定在包含于線(xiàn)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。附加于接觸焊墊的白、綠和紅色導線(xiàn)連接至手持式電源（來(lái)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(guān)與經(jīng)濟價(jià)值，在醫療與科學(xué)應用上也有越來(lái)越多的需求，包括用于抗癌藥物、治療肺結核和風(fēng)濕性關(guān)節炎的藥物等。
“對于采礦產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，為了采金進(jìn)行地球化學(xué)探勘變得越來(lái)越重要，”Lai解釋?zhuān)?ldquo;而這需要開(kāi)發(fā)出能在復雜的生物與環(huán)境樣本中辨識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(lái)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胞生物傳感器等。Lai正是一項在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體的基因信息載體，似乎不太可能成為檢測金元素或其他金屬的方法。然而，Lai的研究利用觀(guān)察金屬離子與DNA四個(gè)基本建構模組(腺嘌呤、胞嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胸腺嘧啶)之間的長(cháng)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。
新創(chuàng )公司NUtech Ventures已為內布拉斯加大學(xué)林肯分校開(kāi)發(fā)的這項技術(shù)實(shí)現商用化，目前該公司正尋求專(zhuān)利保護，并為L(cháng)ai的金屬離子傳感器尋找授權合作夥伴。
“雖 然已經(jīng)針對這些相互作用進(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計中，以及制造出這一類(lèi)型的電化學(xué)生物傳感器，以便能夠用于測量水質(zhì)樣本中是否存在某種目標金屬及其于水中的濃度。
基于DNA的傳感器能夠檢測來(lái)自金溶液中的金(Ⅲ)離子。汞和銀傳感器還可檢測溶解的汞與銀離子。
“所檢測到的金(Ⅲ)離子必定來(lái)自金屬的金元素，因此，如果在供水中發(fā)現金，附近某處一定有金的沉積，”Lai解釋。不過(guò)，在基于DNA的生物傳感器得以實(shí)現商用化以前，他們還需要進(jìn)行更詳細的調整。
Lai的傳感運作原理是藉由測量從電極傳送至示蹤分子(此例中為亞甲藍)的電流。由于少了金(III)離子，可觀(guān)察到相當高的電流，因為腺嘌呤鏈探針具有高度彈性，電子在電極與示蹤分子之間的轉移也十分有效率。
但該樣本在結合金(III)元素時(shí)，腺嘌呤DNA探針的靈活性受到阻礙，從而導致由示蹤分子而來(lái)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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