新型均相电化学适体传感器问世，实现PAEs超灵敏检测

背景

邻苯二甲酸酯（PAEs）作为塑化剂广泛用于食品包装、医疗器械、化妆品等领域，全球市场规模达数十亿美元。然而，PAEs可通过摄入、吸入或皮肤接触进入人体，干扰内分泌系统，增加生殖、发育和代谢疾病风险。近年研究还发现PAEs与有机氯等污染物存在协同毒性效应，因此开发高效、可靠的PAEs检测方法迫在眉睫。

传统检测方法如HPLC、LC-MS、GC-MS等虽灵敏度高，但样品前处理复杂、成本高、耗时长。尽管微流控和纳米传感器等技术有所进展，但其依赖复杂制备工艺和昂贵材料，限制了实际应用。因此，开发简单、低成本、高效的传感系统具有重要意义。

传感器设计与工作原理

本研究构建了一种均相电化学适体传感器，核心包括：

传感电极：Pd@rGO/GCE，通过化学还原法制备，Pd NPs均匀分布在rGO表面，提供高导电性和电催化活性。

识别元件：适配体与截短链（H1、H2）形成的复合物（Apt/H1-H2），以及可形成G-四链体的发夹探针（F1、F2）。

信号探针：亚甲基蓝（MB），与G-四链体结构具有强亲和力。

工作机理如下：

无DBP时：Apt/H1-H2保持稳定双链结构，H1、H2被锁定，F1、F2无法打开，仅结合少量MB。MB主要吸附在Pd@rGO表面，SWV信号强。

有DBP时：DBP与适配体结合，释放H1、H2，后者与F1、F2杂交，诱导形成F1–H1/G4和F2–H2/G4复合物。G-四链体结构提供大量MB结合位点，但其三维结构阻碍其在电极表面吸附，MB被洗脱，SWV信号显著降低。

该设计通过截短链策略提升G-四链体形成效率，结合Pd@rGO的电催化增强效应，实现信号放大与高灵敏度检测。

图1. T-G4/MB-Pd@rGO/GCE 适配体传感器的检测原理。

材料表征与结构验证

1. Pd@rGO复合材料表征

SEM：显示rGO呈层状褶皱结构，Pd NPs均匀分布，无明显团聚。

EDS：C、O、Pd原子比为70.91:20.06:9.03，O/C < 0.3，表明GO成功还原。

XRD：在40.3°、46.8°、68.2°、82.2°处出现Pd特征峰，23.3°处为rGO的（002）晶面。

XPS：证实Pd以Pd⁰和Pd²⁺形式存在，且存在Pd–O键，说明Pd与rGO表面官能团形成化学键，增强稳定性。

2. G-四链体结构预测

使用IDT Oligo Analyzer设计F1、F2，其富含鸟嘌呤区域可形成G-四链体。

通过AlphaFold3预测F1–H1/G4和F2–H2/G4的三维结构，显示G-四链体由G-四联体通过π–π堆叠稳定形成。

圆二色谱（CD）显示实验组在275 nm处有正峰、245 nm处有负峰，证实为反平行G-四链体结构。

图2. (A, B) Pd@rGO的扫描电子显微镜(SEM)图像；(C) 能谱(EDS)图；(D) Pd纳米颗粒粒径分布统计；(E) X射线衍射(XRD)图谱；(F) X射线光电子能谱(XPS)全谱图；(G–I) 高分辨率谱图。

图3. (A) F1 和 (B) F2 的序列及预测二级结构。(C) F1-H1/G4 和 (D) F2-H2/G4 的结构建模。

图4. (A) GCE、rGO/GCE 和 Pd@rGO/GCE 的循环伏安(CV)曲线；(B) EIS曲线。 (C) G4 拓扑结构的圆二色(CD)特征。 (D) rGO/GCE 与 Pd@rGO/GCE 的电流对比。 (E) 长链与截短链的电流对比。 (F) 空白组与实验组的电化学信号响应。

性能优化与传感性能评估

1. 优化参数

MB浓度：1000 μM

反应时间：60 min

电极富集时间：50 min

Pd@rGO涂覆量：7 μL

2. 传感性能

线性范围：1.65×10−6 至 3×10−33×10−3 mg/mL

检测限（LOD）：9.3×10−79.3×10−7 mg/mL

定量限（LOQ）：3.1×10−63.1×10−6 mg/mL

线性方程：Y=−12.6699X+70.2050Y=−12.6699X+70.2050，R2=0.995R2=0.995

3. 选择性、重复性与稳定性

选择性：对DAP、BBP等PAE类似物响应一致，对姜黄素、谷氨酸、胆固醇等干扰物响应显著不同。

重复性：5支电极重复测量，RSD = 4.25%

稳定性：7天后信号保留84.81%，RSD = 4.95%

图5. (A) MB浓度, (B) 反应时间, (C) 富集时间和(D) Pd@rGO浓度的优化。(E) 不同浓度DBP的电流曲线，(F) DBP浓度对数与电流之间的线性关系。(G) 传感器的特异性评估，(H) 重复性测试和(I) 稳定性分析。

实际样品检测验证

在自来水和稀释酒样中进行加标回收实验：

表 1 实际样品加标回收检测结果

回收率在94%~104% 之间，RSD均低于3.22%，表明传感器在复杂基质中仍具高准确性与可靠性。

总结与展望

本研究成功构建了一种基于Pd@rGO/GCE与G-四链体/MB富集的均相电化学适体传感器，实现了对DBP的高灵敏、高选择性检测。传感器具有以下优势：

均相检测：避免电极表面材料、电荷或空间位阻干扰，提升准确性与效率。

截短链设计：增强结构稳定性与信号转导效率。

宽线性范围与低检测限：适用于实际样品中痕量PAEs检测。

良好的重复性与稳定性：具备实际应用潜力。

未来研究方向包括：

筛选更具特异性的适配体，提升对单一PAE的识别能力；

拓展在复杂环境与食品基质中的应用；

开发便携式电化学设备，实现现场快速检测。

该研究为PAEs的高效、广谱检测提供了新思路，对环境保护与食品安全监测具有重要意义。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.118009