李宸葳 杜再慧 林少華 羅云波 許文濤

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；2. 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102442）

鉛離子是對(duì)人體極為有害的重金屬離子，且性質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)入人體后不易降解，尤其是在兒童的生長(zhǎng)發(fā)育階段，鉛離子對(duì)兒童的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響更為嚴(yán)重。鉛由于其在環(huán)境中的長(zhǎng)期持久性和在生命組織中的潛在毒性，已被列入強(qiáng)污染物范圍。近幾年，兒童鉛中毒的消息層出不窮：2014年，湖南某鎮(zhèn)有300多個(gè)孩子被查出血鉛超標(biāo)，與當(dāng)?shù)鼗S排出的過(guò)量重金屬有關(guān)；2014年，廣東東莞一個(gè)4個(gè)月嬰兒使用紅丹爽身粉，引發(fā)重度鉛中毒以致腦癱；2016年，深圳5名兒童被查出血鉛嚴(yán)重超標(biāo)，原因是服用了一家涼茶店自行配制的藥粉。不僅國(guó)內(nèi)，對(duì)全球兒童而言，鉛中毒也是最重要的環(huán)境衛(wèi)生問(wèn)題之一。世界衛(wèi)生組織制定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中鉛離子的濃度標(biāo)準(zhǔn)是不超過(guò)0.01 mg/L，美國(guó)環(huán)保署規(guī)定的食品中鉛離子最大濃度是72 nmol/L［1］。

目前國(guó)內(nèi)外大型儀器法主要包括高效液相色譜法、原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法等。這些方法能夠準(zhǔn)確定量金屬含量和不同價(jià)態(tài)，但是具有一定的局限性，如前處理復(fù)雜、儀器設(shè)備繁重、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、專業(yè)人員操作及實(shí)時(shí)原位檢測(cè)困難等。而功能核酸則具有易于修飾、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性高及特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以基于功能核酸的生物傳感器受到了更多人的關(guān)注。鉛離子依賴型脫氧核酶是一種以鉛離子作為輔因子催化切割脫氧核酸的核酶，其基本原理是，在鉛離子存在的條件下催化酶鏈發(fā)揮切割作用，將底物鏈一分為二。它具有容易被篩選、對(duì)化學(xué)降解和環(huán)境變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹Pb2+依賴性功能核酸及其不同生物傳感器的研究進(jìn)展，將不同的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，意在為今后對(duì)Pb2+的功能核酸生物傳感器的研究提供更全面的參考。

1 Pb2+依賴型功能核酸

1.1 GR-5 DNAzyme

GR-5 DNAzyme 是一種RNA剪切型脫氧核酶，它是1994年Breaker和Joyce等［2］通過(guò)體外分子進(jìn)化技術(shù)得到的第一個(gè)DNAzyme，結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由底物鏈和酶鏈組成，底物鏈上有一個(gè)核糖核酸分子，可以作為該底物鏈的切割位點(diǎn)。在Pb2+存在的條件下，底物鏈會(huì)被切割成兩部分并與酶鏈分離，即將Pb2+的信號(hào)轉(zhuǎn)化成核酸的信號(hào)，因此通過(guò)常見(jiàn)的核酸檢測(cè)方法即可完成對(duì)Pb2+的檢測(cè)，如瓊脂糖電泳、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。同時(shí)還可以可視化檢測(cè)，即是根據(jù)核酸的一些特性，如依賴于單鏈核酸與金納米離子之間的吸附作用可以穩(wěn)定金納米離子的狀態(tài)，使反應(yīng)溶液維持藍(lán)色；或者依賴于核酸的序列組成，富G序列在K+存在的條件下與氯高鐵血紅素（hemin）共孵育產(chǎn)生類過(guò)氧化物酶活性，催化 3，3′，5，5′-四甲基聯(lián)苯胺（3，3′，5，5′-Tetramethylbenzidine，TMB）和 2，2-聯(lián)氮 -二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽［2，2’-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS］顯色。

圖1 GR-5 DNAzyme結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 8-17 DNAzyme

8-17 DNAzyme（圖2）是另一種RNA剪切型脫氧核酶。它由脫氧核酶由一條底物鏈（17DS）和一條酶鏈（17E）組成，在Pb2+存在下顯示出很高的催化活性。底物鏈?zhǔn)且粋€(gè)DNA/RNA嵌合體，其剪切位點(diǎn)為腺嘌呤核酸核苷（rA），其余全部為脫氧核糖核苷酸［3-5］。在Pb2+存在的條件下，底物鏈被酶剪切為兩段，同樣可以將Pb2+信號(hào)轉(zhuǎn)化成核酸信號(hào)，進(jìn)而根據(jù)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase chain reaction，PCR）、雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Hybrid chain reaction，HCR）、 滾 環(huán) 擴(kuò) 增 反 應(yīng)（Rolling circle amplification，RCA）等核酸放大方式將信號(hào)進(jìn)一步放大，然后進(jìn)行比色、熒光、電化學(xué)等信號(hào)進(jìn)行輸出即可。

圖2 8-17 DNAzyme結(jié)構(gòu)示意圖

相較于8-17 DNAzyme而言，GR-5 DNAzyme對(duì)Pb2+具有更高的特異性［5-6］，因而近年來(lái)常被用于與不同方法相結(jié)合，開(kāi)發(fā)特異性檢測(cè)鉛離子的功能核酸生物傳感器。

2 Pb2+功能核酸生物傳感器的分類

2.1 比色生物傳感器

比色生物傳感器檢測(cè)重金屬是最理想的一種方法，主要是由于它操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，且可通過(guò)直接的顏色變化進(jìn)行半定量分析，對(duì)于實(shí)時(shí)原位檢測(cè)具有較好的檢測(cè)效果。

2.1.1 金納米粒子比色生物傳感器 金屬材料具有良好的納米材料性質(zhì)，尤其是金納米粒子（AuNPs），其直徑在1-100 nm之間，具備高電子密度、介電特性和催化作用。它可以與多種生物大分子結(jié)合，且不影響生物大分子的生物活性［7］。13 nm AuNPs的分散和聚集狀態(tài)對(duì)應(yīng)著紅色和藍(lán)色，因?yàn)辂}誘導(dǎo)的篩查效應(yīng)會(huì)使單獨(dú)的金納米粒子發(fā)生聚集。由于DNA的聚陰離子性質(zhì)使功能化的DNA AuNPs穩(wěn)定存在于摩爾級(jí)的NaCl溶液中［8］。

圖3為基于金納米粒子和8-17 DNAzyme的Pb2+比色生物傳感器，由13 nm AuNPs，8-17 DNAzyme核酶組成。在Pb2+存在的情況下，8-17 DNAzyme催化底物鏈水解，產(chǎn)生單鏈DNA可以在高鹽濃度下穩(wěn)定AuNPs，使其呈現(xiàn)紅色；若Pb2+不存在時(shí)，酶鏈和底物鏈以雙鏈形式存在在高鹽條件下不會(huì)與AuNPs結(jié)合，因而AuNPs聚集呈藍(lán)色。通過(guò)分光光度計(jì)可以在522-700 nm波長(zhǎng)條件下對(duì)顏色進(jìn)行檢測(cè)［8］，進(jìn)而分析Pb2+含量。

圖3 金納米粒子比色生物傳感器示意圖［9］

2.1.2 G-四聯(lián)體功能核酸比色生物傳感器 G-四聯(lián)體是由富含鳥(niǎo)嘌呤的DNA或RNA折疊形成的高級(jí)結(jié)構(gòu)。G-四聯(lián)體與hemin共孵育可以形成類過(guò)氧化物酶活性，與蛋白質(zhì)酶相比，G-四聯(lián)體具有合成本低，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸受到廣泛關(guān)注。

Sun等［9］于2014年發(fā)明了一個(gè)基于夾狀花青素染料的G-四聯(lián)體識(shí)別探針，對(duì)Pb2+具有高選擇性的比色生物傳感器。研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)新穎的夾狀花青素染料TC-P4（圖4-A），它是具有與花青染料相似取代基的花青染料分子。取代基非常大，因此使花青染料與G-四聯(lián)體結(jié)合提供了大的空間效應(yīng)，只有那些對(duì)TC-P4具有高親和力的G-四聯(lián)體才能與TC-P4結(jié)合。進(jìn)一步的研究表明，K+誘導(dǎo)的PS2.M的G-四聯(lián)體可以與TC-P4結(jié)合，并引起TC-P4吸收光譜的顯著變化，但是Pb2+誘導(dǎo)G-四聯(lián)體不能做到這一點(diǎn)，因此可以根據(jù)吸光值的變化可以對(duì)Pb2+實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)，確保了Pb2+的高靈敏度檢測(cè)，檢出限能夠達(dá)到 1 nmol/L［9］。

圖4 G-四聯(lián)體比色生物傳感器示意圖［9］

2.2 熒光生物傳感器

熒光生物傳感器基于熒光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，大體可以分為兩種：標(biāo)記熒光基團(tuán)的生物傳感器和無(wú)標(biāo)記熒光基團(tuán)的生物傳感器。其突出優(yōu)點(diǎn)是具有很高的靈敏度，合成方法商業(yè)化，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于Pb2+功能核酸生物傳感器。

2.2.1 熒光基團(tuán)熒光生物傳感器 DNA本身沒(méi)有熒光特性，因此，通常需要在DNA鏈的末端增加熒光信號(hào)基團(tuán)進(jìn)行標(biāo)記［10］?；赑b2+依賴型DNAzyme的Pb2+檢測(cè)的熒光傳感器，如圖5所示，其中生物傳感器在酶鏈17E的5′端標(biāo)記淬滅基團(tuán)（Dabcyl），底物鏈17DS的3′端標(biāo)記（TAMRA）［11］。定量檢測(cè)線在3個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，最低檢出限為10 nmol/L，并且此傳感器對(duì)Pb2+的選擇性比其他二價(jià)金屬離子高80%以上。

圖5 熒光基團(tuán)熒光生物傳感器示意圖

Zhao等［12］發(fā)明基于Pb2+依賴型DNAzyme（8-17E DNAzyme）和輔助信號(hào)級(jí)聯(lián)擴(kuò)增的切克內(nèi)切酶（Nt.BbvCI）構(gòu)建了一種靈敏度高，選擇性好的Pb2+檢測(cè)熒光功能能核酸生物傳感器。在Pb2+存在條件下，8-17E DNAzyme可以催化底物切割，切割產(chǎn)物可以與分子信標(biāo)（Molecular beacon，MB）雜交互補(bǔ)。MB由于本身存在的熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)相互靠近，所以本底值很低，而當(dāng)切割產(chǎn)物結(jié)合后可以打開(kāi)MB二級(jí)結(jié)構(gòu)釋放熒光，同時(shí)由于互補(bǔ)雙鏈上含有切克內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)，可以將MB切割，釋放切割產(chǎn)物與下一輪的MB結(jié)合，可以循環(huán)放大輸出信號(hào)。這種新設(shè)計(jì)避免了對(duì)DNAzyme和底物的修飾，并且顯著提高了靈敏度，檢測(cè)限低至1.0×10-10mol/L。此外，據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該方法的回收率為96.1%-108%［12］（圖 6）。

圖6 基于Pb2+依賴型DNAzyme和切克內(nèi)切酶的Pb2+循環(huán)放大熒光檢測(cè)示意圖［12］

2.2.2 量子點(diǎn)熒光生物傳感器 量子點(diǎn)是一種三維尺寸均限制在納米尺度的半導(dǎo)體納米晶體，由于其尺寸小表現(xiàn)出特殊的量子限域效應(yīng)、表面效應(yīng)、介電限域效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)。由于以上這些效應(yīng)，量子點(diǎn)具有傳統(tǒng)有機(jī)染料無(wú)法比擬的熒光特征，如量子點(diǎn)的尺寸控制光吸收和發(fā)射光譜、具有較大的熒光峰紅移、峰形對(duì)稱、激發(fā)光波長(zhǎng)范圍寬、熒光強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)［13］。當(dāng)Pb2+存在條件下，溶液中的Pb2+能和CdSe/ZnS量子點(diǎn)相互作用，使量子點(diǎn)發(fā)生熒光淬滅，在一定Pb2+濃度范圍內(nèi)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度會(huì)隨著Pb2+濃度的增大而降低。利用Pb2+的濃度和量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度之間建立數(shù)量關(guān)系，進(jìn)行 Pb2+的定量檢測(cè)［6］。

2.2.3 無(wú)標(biāo)記熒光生物傳感器 標(biāo)記熒光基團(tuán)的生物傳感器價(jià)格昂貴，構(gòu)建復(fù)雜，而且增加的熒光基團(tuán)會(huì)對(duì)功能核酸的活性產(chǎn)生影響。因此，無(wú)標(biāo)記熒光基團(tuán)的熒光生物傳感器是逐漸受到人們的關(guān)注。Zhang等［14］報(bào)道可以利用雙鏈DNA螯合染料Picogreen和17E DNAzyme螯合對(duì)Pb2+進(jìn)行檢測(cè)。在Pb2+不存在時(shí)染料結(jié)合雙鏈DNA，產(chǎn)生高熒光值；加入Pb2+之后，核酶中的底物鏈被催化切割，釋放螯合的染料，熒光值降低，獲得10 nmol/L檢出限的生物傳感器［14］。

2.3 電化學(xué)生物傳感器

近年來(lái)，電化學(xué)生物傳感器因其靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)單、成本低而受到廣泛關(guān)注。典型的電化學(xué)生物傳感器是在電極表面固定功能核酸和納米材料進(jìn)而對(duì)Pb2+實(shí)現(xiàn)特異性檢測(cè)。例如，Zeng等［16］開(kāi)發(fā)了一種基于介孔碳納米金和DNAzyme催化探針的新型的無(wú)標(biāo)記Pb2+傳感器，首先將金納米材料沉積固定在電極上，然后和DNAzyme催化探針雜交，在Pb2+存在時(shí)，DNAzyme能激活切割底物鏈，導(dǎo)致電化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而完成Pb2+的檢測(cè)，檢測(cè)限可以達(dá)到 200 pmol/L［15］（圖 7）。

2.4 非金屬納米材料生物傳感器

圖7 生物傳感器的制作過(guò)程［15］

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO），一般由石墨經(jīng)強(qiáng)酸氧化而得，具有許多優(yōu)異的性能，如熒光共振能量轉(zhuǎn)移的高熒光猝滅能力，良好的生物兼容性，以及對(duì)特定生物分子的高親和力。由于其獨(dú)特的性質(zhì)，氧化石墨烯被廣泛應(yīng)用于Pb2+檢測(cè)生物傳感器。例如，Zhao等［16］開(kāi)發(fā)了一種基于石墨烯和DNAzyme的Pb2+“turn on” 熒光生物傳感器，檢測(cè)限可達(dá)到300 pmol/L。在他們的研究中，熒光基團(tuán)（6-carboxy-fluorescein，F(xiàn)AM）修飾底物鏈與酶鏈雜交，形成一個(gè)環(huán)狀的雙鏈DNA。然后，DNA與石墨烯氧化物結(jié)合，具有很強(qiáng)的淬滅能力。當(dāng)Pb2+存在時(shí)，基質(zhì)鏈斷裂成兩部分，釋放出大量的短片段，導(dǎo)致熒光強(qiáng)增加，具體過(guò)程如圖8所示。

圖8 用于Pb2+檢測(cè)的基于DNAzyme-GO的熒光傳感器的示意圖［16］

Yun等［17］設(shè)計(jì)了一個(gè)基于DNAzyme的分枝連接結(jié)構(gòu)，用來(lái)同時(shí)檢測(cè)Mg2+，Cu2+和Pb2+。所有的DNA序列都由不同DNAzyme的酶鏈（E-DNA）和底物鏈（S-DNA）組成，將3個(gè)不同的熒光基團(tuán)分別標(biāo)記在E-DNA的末段。3個(gè)DNA序列之間部分存在互補(bǔ)關(guān)系，使之相互雜交形成分枝連接結(jié)構(gòu)。沒(méi)有靶標(biāo)金屬離子時(shí)，主要通過(guò)dsDNA與氧化石墨烯連接，分枝連接結(jié)構(gòu)的DNAzyme熒光信號(hào)較強(qiáng)。在靶標(biāo)金屬離子存在時(shí)，S-DNA的rA位點(diǎn)被切割，被切割的S-DNA片段被釋放，與氧化石墨烯通過(guò)π-π堆積的形式結(jié)合，熒光信號(hào)顯著淬滅。這種方法能同時(shí)檢測(cè)3種金屬離子，檢測(cè)時(shí)間25 min，且Mg2+檢測(cè)限達(dá)到200 nmol/L。DNAzyme和氧化石墨烯結(jié)合具有很好的水溶性、生物相容性及很好的熒光淬滅能力［17］。

2.5 表面增強(qiáng)拉曼光譜生物傳感器

隨著納米技術(shù)在生物傳感器方面應(yīng)用的逐步深入，分析研究者們開(kāi)發(fā)了一種適用于表面增強(qiáng)拉曼光譜的DNA生物傳感器。使用能夠特異性識(shí)別待測(cè)物的DNA序列作為生物敏感元件，通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合在金、銀等金屬納米粒子，同時(shí)將修飾有拉曼信號(hào)分子的DNA結(jié)合在上面。這種結(jié)構(gòu)不僅能夠高靈敏的檢測(cè)到待測(cè)物質(zhì)而且還能夠起到對(duì)拉曼信號(hào)的增強(qiáng)作用。

基于表面增強(qiáng)拉曼光譜的生物傳感器技術(shù)在生物分子檢測(cè)、癌細(xì)胞檢測(cè)等很多方面取得了豐富的研究成果。俞汝勤教授課題組利用這種生物傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)可卡因的特異性定量檢測(cè)。鞠熀先教授課題組利用“分子燈塔”生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)DNA的痕量檢測(cè)，其檢測(cè)限達(dá)到了10-13mol/L［18］。

2.6 活細(xì)胞傳感器

2.6.1 表達(dá)GFP的細(xì)菌生物傳感器 近年來(lái)，許

多科學(xué)家提出把重組細(xì)菌作為檢測(cè)重金屬的工具，構(gòu)建細(xì)菌生物傳感器，通過(guò)綠色熒光蛋白（Green fluorescence protein，GFP）或紅色熒光蛋白（Red fluorescence protein，RFP）等的表達(dá)作為輸出信號(hào)，進(jìn)而完成對(duì)重金屬的檢測(cè)。感知Pb2+的遺傳元件包括調(diào)控蛋白（Regulatory protein gene，PbrR），以及來(lái)自抗性操縱子的操縱子/啟動(dòng)子（Operator/promoter，PbrO/P），同時(shí)PbrO/P也控制著GFP報(bào)告基因的表達(dá)。因此，Chakraborty等在2008年構(gòu)建了一個(gè)用于Pb2+的細(xì)菌生物傳感器，其檢測(cè)范圍是50-400 μmol/L［19］。

2.6.2 表達(dá)ZntA的細(xì)菌生物傳感器 ZntA是一種可以轉(zhuǎn)運(yùn)Pb2+等金屬陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶，可以從大腸桿菌中分離得到。通過(guò)對(duì)純化的ZntA的金屬依賴性的研究，可以發(fā)現(xiàn)其對(duì)Pb2+的特異性。通過(guò)在質(zhì)粒上構(gòu)建ZntA與LacZ的融合物，然后使用Selifonova等［20］的方法，通過(guò)體內(nèi)重組轉(zhuǎn)移至A噬菌體。在特定的引物下可以進(jìn)行該質(zhì)粒的增殖。在不同的金屬陽(yáng)離子作用下，啟動(dòng)子會(huì)被誘導(dǎo)。其中Pb2+在0.5 mmol/L下產(chǎn)生3.8倍的啟動(dòng)子誘導(dǎo)［21］。

2.7 納米孔道傳感器

最近，納米孔或納米通道中獨(dú)特的質(zhì)量傳遞性質(zhì)由于在傳感系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用而受到了廣泛關(guān)注。通常，用于納米孔或納米通道中的生物分析的傳統(tǒng)方法有電阻脈沖檢測(cè)（Resistance pulse sensing RPS）和離子電流整流（Ion current rectification，ICR）等。RPS和薄納米孔的組合已成功應(yīng)用于許多領(lǐng)域，特別是用于 DNA 檢測(cè)［21-27］。1997年，Bard等［28］首次發(fā)現(xiàn)了ICR現(xiàn)象，從那時(shí)起，基于ICR的傳感器逐漸出現(xiàn)［29-34］，但這種方法可能導(dǎo)致目標(biāo)與納米通道分離。Gyurcsányi等提出了一種新的無(wú)標(biāo)記DNA分析策略，即用探針離子擴(kuò)散使目標(biāo)通過(guò)納米通道［35-36］。自此，這種方法逐漸被廣泛用于生化分析［37-42］。

為了在納米通道中獲得高靈敏度分析，已經(jīng)提出了各種擴(kuò)增策略。其中一種方法是通過(guò)使用納米顆粒來(lái)增強(qiáng)空間效應(yīng)阻斷劑［43-44］，這種方法與納米粒子的大小有很大的關(guān)系；另一種方法是通過(guò)將中性條件下得到的生物探針固定在納米通道中來(lái)減少背景信號(hào)，然后使用低離子強(qiáng)度放大靶信號(hào)［45］。在本研究中，將中性的嗎啉與（GGGT）4特異性核酸序列結(jié)合并固定在PAA膜納米通道中，它可以特異性結(jié)合Pb2+以形成調(diào)節(jié)電化學(xué)探針擴(kuò)散的G4結(jié)構(gòu)。Pb2+具有很高的G4穩(wěn)定效率，它可以使morpholino-DNA裝置具有高靈敏度和選擇性，用于感應(yīng)Pb2+，用這種方法可以檢測(cè)存在于水，土壤和食物中的鉛離子污染物［46］。

2.8 納米機(jī)器/納米馬達(dá)生物傳感器

微電機(jī)是材料科學(xué)最前沿的新型自推進(jìn)材料，可以自主運(yùn)行以執(zhí)行特定任務(wù)［47-52］。這些微機(jī)械或微型機(jī)器人在許多領(lǐng)域都有很大的發(fā)展前景。它們目前已經(jīng)能夠進(jìn)行廣泛的工作，包括生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用［53］、運(yùn)輸［54］和環(huán)境修復(fù)［55-56］。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙呀?jīng)證明微型機(jī)器人可以選擇性地檢測(cè)水中Pb2+的存在。微型機(jī)器人由在其內(nèi)表面上的過(guò)氧化氫催化分解成氧氣，氧氣在末端排出氣泡提供推進(jìn)動(dòng)力，以這種方式推動(dòng)微型機(jī)器人前進(jìn)。通常存在于污水中的Pb2+和Cd2+作為兩種主要代表性離子被用作有毒害作用的物質(zhì)來(lái)使微型機(jī)器人作用減弱［57］。超純水環(huán)境的運(yùn)動(dòng)可以作為對(duì)照比較不同環(huán)境微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)效果。通過(guò)選擇性引入重金屬鹽Pb（NO3）2和Cd（NO3）2，可以系統(tǒng)地研究無(wú)機(jī)Pt微機(jī)器人中毒對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。與Cd（NO3）2相比，在用Pb（NO3）2中毒期間觀察到無(wú)機(jī)Pt微型機(jī)器人的活性和速度的有更大程度的降低。與Cd2+相比，鉑的Pb2+吸附性質(zhì)導(dǎo)致無(wú)機(jī)Pt微型機(jī)器人的活性降低更多。Pb2+與無(wú)機(jī)Pt微機(jī)器人的區(qū)分行為允許選擇性檢測(cè)Pb2+和Cd2+。這可以用作通過(guò)光學(xué)可視化無(wú)機(jī)Pt微型機(jī)器人的活動(dòng)和移動(dòng)性來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)污染物的潛在途徑。

2.9 其他類型的生物傳感器

免疫檢測(cè)技術(shù)是基于抗體與抗原直徑的高選擇性反應(yīng)而建立起來(lái)的一種生物化學(xué)分析方法，具有很強(qiáng)的選擇性和靈敏度。按照抗體的種類，分為單克隆抗體免疫檢測(cè)和多克隆抗體免疫檢測(cè)。常用的是酶聯(lián)免疫分析（Enzyme Linked immunosorbent assay，ELISA）和熒光偏振免疫分析（Fluorescence polarization immunoassay，F(xiàn)PLA）。

免疫檢測(cè)目前仍存在一些不足之處，首先，目前已經(jīng)獲得的關(guān)于鉛離子的單抗和多抗數(shù)量有限，主要原因是生物大分子與鉛離子的偶聯(lián)比較困難，這方面的研究需要進(jìn)一步突破；其次是目前的檢測(cè)仍停留在試驗(yàn)階段，有待開(kāi)發(fā)商品化的試劑盒，檢測(cè)技術(shù)沒(méi)有將科研成果真正轉(zhuǎn)化并服務(wù)于生產(chǎn)生活。

3 展望

目前Pb2+功能核酸生物傳感器的研究迅猛，而且針對(duì)簡(jiǎn)單、快速、靈敏的生物傳感器開(kāi)發(fā)也不再少數(shù)?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)的生物傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在一些缺點(diǎn)和不足，主要表現(xiàn)在：（1）目前Pb2+功能核酸生物傳感器依賴的功能核酸單一，主要集中在8-17、GR-5及其變體，并且生物傳感器的輸出信號(hào)大多以比色、熒光和電化學(xué)為主；（2）當(dāng)前Pb2+生物傳感器大多停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的生物傳感器較少；（3）Pb2+對(duì)人體危害較大，因此對(duì)于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)傳感器階段，實(shí)驗(yàn)樣品的污染問(wèn)題有待解決；（4）大多數(shù)Pb2+生物傳感器主要應(yīng)用在簡(jiǎn)單的檢測(cè)體系，如實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水、湖泊水及尿液等，而對(duì)于前處理復(fù)雜的池塘污泥、火山巖石及食品等的Pb2+進(jìn)行檢測(cè)相對(duì)較少，即復(fù)雜的前處理問(wèn)題亟需解決。

因此，Pb2+功能核酸生物傳感器在未來(lái)的發(fā)展方向主要集中在：（1）開(kāi)發(fā)特異性更強(qiáng)的Pb2+依賴性功能核酸，提高靈敏度以滿足Pb2+檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的需要；（2）解決復(fù)雜且耗時(shí)的前處理過(guò)程，設(shè)計(jì)并應(yīng)用可以適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的Pb2+傳感器，即實(shí)時(shí)原位檢測(cè)；（3）完善Pb2+在體內(nèi)的檢測(cè)方法，以預(yù)防Pb2+超標(biāo)對(duì)人體的危害。