基于铜纳米簇@锆金属有机框架/N-甲基中卟啉IX的双模式生物传感探针用于汞离子(Hg2+)的比率荧光与比色检测

本文创新性地构建了基于CuNCs@Zr-MOF/NMM和G-四链体DNAzyme的双模式传感平台，实现了Hg2+的高灵敏度检测（荧光LOD 0.59 nM/比色LOD 36.3 nM）。该研究通过T-Hg2+-T特异性配对触发FRET效应和G4/hemin过氧化物酶活性，兼具比率荧光自校准和可视化比色优势，为重金属污染监测提供了新型解决方案。

　　研究背景与意义
汞离子(Hg²⁺)作为全球性污染物，其神经毒性可导致阿尔茨海默病、帕金森病等神经系统疾病。传统检测方法如ICP-MS存在设备昂贵、操作复杂等局限，亟需开发便携式高灵敏度检测技术。本研究创新性地将纳米材料科学与DNAzyme催化特性相结合，构建了兼具荧光/比色双信号输出的新型生物传感器。

材料与方法创新
研究团队采用"瓶中造船"法合成铜纳米簇(CuNCs)掺杂的锆金属有机框架(CuNCs@Zr-MOF)，该复合材料在350nm激发下呈现463nm的强蓝色荧光。通过EDC/NHS活化将G-四链体过氧化物酶DNAzyme(PMDNAzyme)共价修饰至纳米材料表面，同时引入N-甲基中卟啉IX(NMM)作为红色荧光报告分子。互补DNA(cDNA)3'端标记dabcyl淬灭基团，形成完整的双模式传感体系。

检测机制解析
当Hg²⁺存在时，通过T-Hg²⁺-T特异性配对促使PMDNAzyme与cDNA杂交：一方面引发FRET效应导致CuNCs@Zr-MOF荧光淬灭(463nm)，另一方面G4结构形成增强NMM荧光(610nm)。同步地，G4/hemin复合物催化TMB-H₂O₂显色反应，产生652nm特征吸收。这种"一减一增"的比率荧光策略有效克服环境干扰，结合比色可视化检测实现双重验证。

性能验证与优势
系统优化后，传感器在5分钟内完成检测，对Hg²⁺的线性响应范围为1-1000nM。选择性实验表明，即使在高浓度Cr²⁺、Pb²⁺等干扰离子存在下仍保持优异特异性。与单一模式传感器相比，该设计具有三大优势：①双信号自校准提高准确性；②纳米材料增强信号稳定性；③G4DNAzyme催化放大检测灵敏度。

应用前景展望
该研究为重金属污染监测提供了新型便携式解决方案，特别适用于水产食品安全检测和环境水质分析。未来可通过微流控芯片集成进一步实现现场快速检测，其设计策略也可拓展至其他重金属离子的特异性检测。