溴化乙啶（Ethidium Bromide, EtBr）是分子生物学领域应用最为广泛的非蛋白质分子之一，主要用于凝胶电泳过程中基于荧光检测的核酸分析。EtBr在紫外光照射下产生荧光，且与脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid, DNA）结合后荧光强度显著增强。尽管EtBr属于非放射性物质，但其能够与双链结构优先结合并可穿透细胞膜进入细胞核，具有显著的生物毒性，可通过诱导遗传损伤导致肿瘤发生。EtBr作为潜在突变原的特性，促使研究人员亟需最大限度减少其使用并消除接触相关风险，同时应对处置过程中潜在的环境危害。传统EtBr污染检测方法面临灵敏度不足的关键挑战，例如基于紫外灯的方法检测限（Limit of Detection, LOD）约为5 mM（500 ppm），灵敏度较差。本研究开发了一种纳米金修饰的超微电极传感器，具有快速、便携的特点，LOD可达12 nM（约0.005 ppm），足以确认去污程序后EtBr的去除效果。近期研究表明EtBr具有电化学活性。本研究呈现了超微电极传感器经纳米金修饰后，在磷酸盐缓冲液中对EtBr进行纳摩尔级别检测的方法。该传感器在实际应用中比传统紫外灯具有更高的灵敏度和可靠性。最后，研究人员开发了一种便携式电子单元以实现远程监测。这种新型传感器有望为检测和降低EtBr相关的职业风险及非期望环境释放提供潜在解决方案。
溴化乙啶（EtBr）作为分子生物学实验室中广泛使用的荧光核酸染料，因其高效的量子产率和稳定性而被视为凝胶电泳的金标准，但其潜在致突变性和环境危害性促使研究人员亟需开发高灵敏度、便携式的现场检测技术。传统检测方法如紫外灯检测限高达5 mM（500 ppm），远不能满足实际污染监控需求；荧光光谱法虽将检测限提升至127 nM（0.05 ppm），但仍难以实现痕量检测。为此，研究人员开发了一种基于纳米金修饰超微电极的电化学传感系统，实现了EtBr的纳摩尔级快速检测，并配套研制了便携式电子设备，为分子生物学实验室的职业健康防护和环境安全监测提供了新的技术路径。
该研究的技术核心包含三个主要方面。传感器制造采用标准微纳加工工艺，在四英寸硅晶圆上制备了钛/金（Ti 10 nm /Au 50 nm）微带工作电极（1 μm宽、50 nm高、45 μm长），并通过铂对电极和铂伪参比电极构成交叉指型电极（Interdigitated Electrode, IDE）结构，表面覆盖等离子体增强化学气相沉积（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）氮化硅（Si
3N
4）钝化层。电极表面通过计时电位法（24 nA、200 s）在金氯酸（AuCl
3·3H
2O）溶液中沉积纳米金，形成均一稳定的0.4 μm纳米金层。电化学检测采用方波伏安法（Square Wave Voltammetry, SWV），频率22 Hz、振幅10 mV，以铂伪参比电极替代传统Ag/AgCl液态参比电极。便携式电子系统基于ADuCM355系统级芯片（System on Chip, SoC）构建，集成高速跨阻放大器（Transimpedance Amplier, TIA）和低功耗数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC），支持循环伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）、SWV、差分脉冲伏安法（Differential Pulse Voltammetry, DPV）和计时电流法（Chronoamperometry, CA）等多种电化学技术，通过蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy, BLE）5.0与Android移动终端通信。
研究结果部分包含以下主要内容：
纳米金沉积优化：初始采用计时电流法（E = -0.3 V，80 s）在pH 3的400 ppm金氯酸钠磷酸盐缓冲液中沉积纳米金，但产生随机分布的"纳米尖刺"结构，导致交叉指型电极间短路。优化后的计时电位法（24 nA，200 s）实现了均匀分布的纳米金沉积，原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）表征显示电极高度从约90 nm增至220 nm，避免了电极桥接问题。
电化学表征：在1 mM二茂铁甲酸（Ferrocenecarboxylic Acid, FCA）/10 mM磷酸盐缓冲盐水（Phosphate Buffered Saline, PBS）中，未修饰电极呈现扩散控制峰特征和显著滞后现象；纳米金修饰后峰电流显著增加，归因于电极表面积增大和电子转移动力学改善。
EtBr检测与校准：SWV在约0.5 V处获得清晰、与EtBr浓度成正比的氧化峰，与文献报道一致。采用三个传感器对每个浓度进行重复测量，校准曲线R
2为0.985，灵敏度为1.5 pA/pM，理论检测限根据3×标准偏差/斜率公式计算为12 nM（0.005 ppm），显著优于文献报道水平。检测后电极表面形成钝化层，电荷转移电阻从约100 kΩ增至60 MΩ，且该钝化层无法通过电化学清洗去除，表明传感器为一次性使用。
实验室表面采样验证：在常规使用EtBr的微生物学实验室选取三个风险等级区域（电泳凝胶托盘、三羟甲基氨基甲烷-乙酸-乙二胺四乙酸（Tris-acetate-EDTA, TAE）缓冲液托盘、凝胶制备通风橱）进行拭子采样。通风橱内采样检测到约250 nM（0.098 ppm）的EtBr残留，表明尽管经过紫外消毒和清洁程序，高风险区域仍存在显著污染；而通风橱外区域未检出或仅检出极低浓度。
便携式电子系统验证：采用自制便携式设备对实验室样品进行分析，结果与商用恒电位仪良好吻合，但背景噪声有所增加。通过Savitzky-Golay（31, 3）滤波处理后获得平滑可用信号，后续研究将致力于优化电子-传感器集成以降低噪声。
讨论部分强调了该技术在职业健康风险评估中的应用价值，能够识别实验室内的污染区域，为制定针对性防护措施提供数据支持。传感器的一次性使用特性虽带来一定局限，但其超高灵敏度（较紫外灯提高约6个数量级）和快速响应能力（12秒出结果）显著优于现有方法。
研究结论指出：EtBr在分子生物学实验室中广泛应用，其潜在诱变性对健康安全构成威胁。本研究开发的电化学传感器专为繁忙实验室环境中EtBr泄漏风险监测而设计，成功实现了对微生物学实验室表面EtBr的检测，检测限达12 nM（0.005 ppm）。尽管传感器目前为一次性使用，但其性能远优于现有紫外灯方法。此外，概念验证级电子系统的研制探索了EtBr现场检测的可能性，所获结果与商用系统具有良好相关性，但尚需进一步降低电子噪声以消除数据滤波需求。
