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随着工业领域的飞速发展，环境污染问题日益凸显。由于铅离子（Pb2+）是有毒重金属离子，它的非生物降解特性使得其在生态环境中不断地聚积，对生态环境和人类的健康都有很大的危害。铅离子传统检测方法主要是利用大型仪器进行检测，但是随着传感器领域的学者不断探索，使得铅离子检测正朝着快速简便、精确高效的方向发展。因此在传统检测方法的基础上，开发出易操作、免标记、能用于户外实时检测的便携式铅离子生物传感器是非常有意义的。
对于铅离子的检测，多数研究通过在电极界面上修饰电极改性剂，例如纳米金颗粒(Nanoporous gold, AuNPs)、石墨烯(Graphene, GR)等高分子材料来提高灵敏度，但该类方法不仅成本较高，传感器的制备也较为复杂。为了降低成本，简化操作，本文开展了基于两种不同DNA酶的铅离子阻抗传感器的研究。具体如下：
（1）基于GR-5 DNAzyme的铅离子阻抗传感器的研究。本研究中，首先将GR-5 DNAzyme通过金硫键固定到金叉指电极(Gold interdigitatedelectrodes, GID)电极上，并将阴离子嵌入剂蒽醌-2-磺酸钠(Anthraquinone-2-sulfonic acid,AQMS)嵌入到GR-5 DNAzyme中。利用铅离子对GR-5 DNAzyme的特异性作用，对活性反应位点（RNA cleavage site,rA）进行特异性识别和剪切，使其基底链断裂，进而释放AQMS；采用电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)进行数据检测，通过分析电极阻抗变化值与铅离子浓度的线性关系，从而可实现对铅离子的定量检测。实验结果可得，该法对铅离子具有较好的选择性，其最低检测浓度为0.33 nM，线性范围为1nM-120 nM。因此，该方法将GR-5 DNAzyme与GID相结合，利用AQMS的信号放大作用提高灵敏度，实现铅离子检测具有较好应用。上述方法有以下几个特点：
①以印刷电路板(Printed circuit board,PCB)为基底的低成本GID，这也是与其他研究的不同之处之一。基于PCB镀金叉指电极具有生产技术成熟、价格低廉、易于大批量生产等特点，可极大地降低铅离子传感器的生产成本。
②引入了具有较好的电化学活性和免标记等优势的 AQMS，其所带负电性会和电极界面层的6-巯基-1-己醇(6-mercapto-1-hexanol, MCH)所带的醇的负偶极子相互排斥，能有效地防止多余AQMS落在电极表面产生干扰信号，提高检测的稳定性和灵敏度。
（2）基于G-四链体酶(G-quadruplexDNA structures)的铅离子阻抗传感器的研究。G-四链体是一条由富含鸟嘌呤的碱基序列，在铅离子诱导下即可折叠成DNA或RNA四重螺旋结构。其优势在于，利用一条链即可实现对铅离子的检测，且具有操作简便、高效检测的优点。本文探索了以G-四链体作为识别元件，本法的创新之处在于为其增加一条互补链，铅离子会和互补链竞争与G-四链体相作用，铅离子对G-四链体的诱导力更强，从而G-四链体构型变化引起界面性质改变，实现对铅离子的定量检测。以期在简化传感器制备步骤的同时达到信号放大的作用。实验结果表明，该传感器的线性范围可达60 nM-500 nM，最低检测限为40 nM，且对铅离子具有良好的选择性。
对于铅离子的检测，多数研究通过在电极界面上修饰电极改性剂，例如纳米金颗粒(Nanoporous gold, AuNPs)、石墨烯(Graphene, GR)等高分子材料来提高灵敏度，但该类方法不仅成本较高，传感器的制备也较为复杂。为了降低成本，简化操作，本文开展了基于两种不同DNA酶的铅离子阻抗传感器的研究。具体如下：
（1）基于GR-5 DNAzyme的铅离子阻抗传感器的研究。本研究中，首先将GR-5 DNAzyme通过金硫键固定到金叉指电极(Gold interdigitatedelectrodes, GID)电极上，并将阴离子嵌入剂蒽醌-2-磺酸钠(Anthraquinone-2-sulfonic acid,AQMS)嵌入到GR-5 DNAzyme中。利用铅离子对GR-5 DNAzyme的特异性作用，对活性反应位点（RNA cleavage site,rA）进行特异性识别和剪切，使其基底链断裂，进而释放AQMS；采用电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)进行数据检测，通过分析电极阻抗变化值与铅离子浓度的线性关系，从而可实现对铅离子的定量检测。实验结果可得，该法对铅离子具有较好的选择性，其最低检测浓度为0.33 nM，线性范围为1nM-120 nM。因此，该方法将GR-5 DNAzyme与GID相结合，利用AQMS的信号放大作用提高灵敏度，实现铅离子检测具有较好应用。上述方法有以下几个特点：
①以印刷电路板(Printed circuit board,PCB)为基底的低成本GID，这也是与其他研究的不同之处之一。基于PCB镀金叉指电极具有生产技术成熟、价格低廉、易于大批量生产等特点，可极大地降低铅离子传感器的生产成本。
②引入了具有较好的电化学活性和免标记等优势的 AQMS，其所带负电性会和电极界面层的6-巯基-1-己醇(6-mercapto-1-hexanol, MCH)所带的醇的负偶极子相互排斥，能有效地防止多余AQMS落在电极表面产生干扰信号，提高检测的稳定性和灵敏度。
（2）基于G-四链体酶(G-quadruplexDNA structures)的铅离子阻抗传感器的研究。G-四链体是一条由富含鸟嘌呤的碱基序列，在铅离子诱导下即可折叠成DNA或RNA四重螺旋结构。其优势在于，利用一条链即可实现对铅离子的检测，且具有操作简便、高效检测的优点。本文探索了以G-四链体作为识别元件，本法的创新之处在于为其增加一条互补链，铅离子会和互补链竞争与G-四链体相作用，铅离子对G-四链体的诱导力更强，从而G-四链体构型变化引起界面性质改变，实现对铅离子的定量检测。以期在简化传感器制备步骤的同时达到信号放大的作用。实验结果表明，该传感器的线性范围可达60 nM-500 nM，最低检测限为40 nM，且对铅离子具有良好的选择性。