基于比色光学传感器的铅(II)快速检测技术：免校准分析与尿液铅半定量测定

为解决铅污染快速筛查难题，研究人员开发了基于聚合物光学传感器的比色检测技术，通过优化光极膜实现6±4 μg×L–1检测限，构建色阶卡实现尿液铅(PbU)半定量分析，为现场筛查提供免仪器解决方案。

　　

铅污染对人类健康的威胁跨越千年，从文艺复兴时期的艺术家到现代工业从业者，铅中毒（saturnism）始终是重大公共卫生问题。尽管现代工业已规范铅使用，但历史遗留污染（如含铅水管、汽油添加剂）仍通过环境介质持续危害人类，儿童因吸收率高达40-50%更易受害。传统血铅(PbB)检测的侵入性和骨铅检测的辐射限制，促使研究者探索非侵入性尿铅(PbU)检测方案。然而现有原子光谱法虽精准却依赖实验室，电化学法则需复杂设备，亟需发展便携快速的筛查技术。

针对这一需求，俄罗斯科学基金会资助项目团队开发了基于铅离子载体IV（lead ionophore IV）的聚合物光极膜传感器。该技术通过铅离子与显色剂ETH5418的置换反应产生颜色变化，结合色阶卡实现视觉判读，在pH 6-6.5的醋酸缓冲体系中达到6±4 μg×L^–1检测限，线性范围覆盖20 μg×L^–1-20 mg×L^–1，满足20 μg×L^–1的临床警戒值需求。研究团队通过系统优化膜组分比例（PVC/DOS/离子载体/显色剂=33/66/1-5/1-3），显著提升对Cd²⁺和Cu²⁺的选择性（logK^pot_Pb,Cd=-2.3），响应时间缩短至5分钟。

关键技术包括：1）醋酸缓冲液预处理消除尿液基质效应；2）数码成像结合RGB通道分析实现定量化；3）集成化试纸设计实现样本自过滤。在方法学验证中，研究人员通过加标实验证实尿液基质回收率达92-107%，与电位法（potentiometry）和分光光度法（spectrophotometry）结果高度一致（R²>0.98）。

研究结果显示：
校准与特性：醋酸缓冲体系能稳定Pb²⁺活度系数，HEPES缓冲液因强络合作用导致信号抑制。优化膜组分使动态范围跨越三个数量级，临床阈值区（20-100 μg×L^–1）色阶区分度显著。
实际应用：设计的 disposable 检测装置集成样本容器与光极膜，现场测试显示与实验室方法误差<15%。

该研究创新性地将离子选择性光极（optode）技术转化为可视化筛查工具，其意义在于：1）突破传统光极需专业设备的限制，通过色阶卡实现“仪器-free”检测；2）为职业暴露人群和儿童铅筛查提供符合WHO标准的现场方案；3）提出的膜组分优化策略为其他重金属传感器开发提供范式。正如通讯作者Maria A. Peshkova在讨论中指出，这种将实验室级分析方法“降维”为大众可用工具的研究思路，对推动环境健康公平性具有重要价值。论文发表于《Talanta Open》，其专利技术（RU2682162C1）已由圣彼得堡国立大学（SPbGU）完成转化。