DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn<sup>2+</sup>检测

李淼; 高振耀; 张雅蓉; 何星茹; 孙凌波; 马红燕; 张越诚

doi:10.11714/acta.snus.ZR20260095

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn²⁺检测

更新时间：2026-07-13

- DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn²⁺检测
- DNAzyme-based cascade amplification colorimetric sensor for cellular Mn²⁺ detection
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.延安大学化学化工学院，陕西延安 716000
  2.延安大学医学院，陕西延安 716000
- 作者简介：
  
  李淼（1999年生），女；研究方向：发光分析；E-mail：18932826802@yau.edu.cn
  张越诚（1990年生），男；研究方向：生化分析；E-mail：yuechengzhang@yau.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(22264023);陕西省自然科学基础研究计划项目(2024JC-YBQN-0150);教育部产学合作协同育人项目(2507072606);国家级大学生创新创业训练计划项目(202510719067)
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20260095
  中图分类号： O65
- 收稿：2026-04-15，
  
  修回：2026-05-20，
  
  录用：2026-05-27，
  
  网络首发：2026-07，
- 稿件说明：
移动端阅览
李淼, 高振耀, 张雅蓉, 等. DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn²⁺检测[J/OL]. 中山大学学报(自然科学版)(中英文), 2026,1-10. DOI: 10.11714/acta.snus.ZR20260095.

Li Miao, Gao Zhenyao, Zhang Yarong, et al. DNAzyme-based cascade amplification colorimetric sensor for cellular Mn²⁺ detection[J/OL]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2026, 1-10.
李淼, 高振耀, 张雅蓉, 等. DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn²⁺检测[J/OL]. 中山大学学报(自然科学版)(中英文), 2026,1-10. DOI: 10.11714/acta.snus.ZR20260095. DOI：

Li Miao, Gao Zhenyao, Zhang Yarong, et al. DNAzyme-based cascade amplification colorimetric sensor for cellular Mn²⁺ detection[J/OL]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2026, 1-10. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260095.

摘要

锰离子（Mn

）稳态失衡与多种疾病密切相关，但现有检测方法依赖大型仪器、操作繁琐，难以满足快速、便捷的分析需求。本研究基于Mn

特异性DNA酶（Mn5V）与G-四链体/氯化血红素的级联信号放大原理，构建了一种高灵敏、高选择性的比色生物传感

器，用于复杂生物基质中Mn

的检测。该传感器采用“发夹锁闭”式底物探针，在Mn

存在时，Mn5V被激活并特异性切割底物链，释放出的DNA片段折叠形成G-四链体，进而与氯化血红素结合形成具有过氧化物酶活性的复合物，催化TMB-H

显色反应，实现信号的可视化输出。实验结果表明，该传感器对Mn

表现出优异的分析性能，在7.0×10

-8

~ 1.0×10

-5

mol/L范围内呈现良好线性关系，检出限低至1.69×10

-9

mol/L，且对常见共存金属离子具有较强的抗干扰能力。将该传感器应用于MCF-7和A549细胞裂解液中的加标回收实验，回收率为98.00%~101.00%，相对标准偏差小于4.3%，验证了其在复杂生物样本中的准确性与可靠性。本研究构建的级联信号放大比色传感器为环境监测及锰代谢异常相关疾病的机制研究提供了一种新型、高效的分析工具。

Abstract

Dysregulation of manganese ion （Mn

） homeostasis is closely associated with various diseases. However， the existing detection methods rely on expensive instruments and involve cumbersome operations， making it difficult to meet the demands for rapid and convenient analysis. In this study， a highly sensitive and selective colorimetric biosensor was constructed based on the cascade signal amplification principle of Mn

-specific DNAzyme （Mn5V） and G-quadruplex/hemin DNAzyme for the detection of Mn

in complex biological matrices. The sensor employs a "hairpin-locked" substrate probe design. In the presence of Mn

， Mn5V is activated and specifically cleaves the substrate strand， releasing a DNA fragment that folds into a G-quadruplex structure. The G-quadruplex then binds with hemin to form a complex with peroxidase-like activity， which catalyzes the TMB-H

colorimetric reaction， enabling visual signal output. Our results demonstrated that the sensor exhibits excellent analytical performance for Mn

， showing a good linear relationship in the range of 7.0×10

-8

to 1.0×10

-5

mol/L with a detection limit as low as 1.69×10

-9

mol/L. The sensor also showed strong anti-interference ability against common coexisting metal ions. When applied to spiked recovery experiments in MCF-7 and A549 cell lysates， the recovery rates ranged from 98.00% to 101.00% with relative standard deviatio

ns below 4.3%， verifying its accuracy and reliability in complex biological samples. The cascade signal amplification colorimetric sensor constructed in this study provides a novel and efficient analytical tool for environmental monitoring and mechanistic research on the diseases related with manganese metabolism disorders.

关键词

Keywords

references

Dominguez I ， Corres J M ， Del Villar I ， et al ， 2023 . Electrochemical lossy mode resonance for detection of manganese ions ［J］. Sens Actuators B Chem ， 394 ： 134446 .

Fan H ， Lu Y ， 2024 . Improving the sensitivity of a Mn（II）-specific DNAzyme for cellular imaging sensor through sequence mutations ［J］. Anal Chem ， 96 （ 9 ）： 3853 - 3858 .

Fan H ， McGhee C E ， Lake R J ， et al ， 2023 . A highly selective Mn（II）-specific DNAzyme and its application in intracellular sensing ［J］. JACS Au ， 3 （ 6 ）： 1615 - 1622 .

He Y ， Zhang X ， 2016 . Ultrasensitive colorimetric detection of manganese（II） ions based on anti-aggregation of unmodified silver nanoparticles ［J］. Sens Actuators B Chem ， 222 ： 320 - 324 .

Hu A ， Chen G ， Huang A ， et al ， 2024 . Ratiometric fluorescence probe based on carbon dots and p-phenylenediamine-derived nanoparticles for the sensitive detection of manganese ions ［J］. Microchim Acta ， 191 （ 9 ）： 529 .

Huang A ， Zhou W ， 2023 . Mn-based cGAS-STING activation for tumor therapy ［J］. Chin J Cancer Res ， 35 （ 1 ）： 19 - 43 .

Jarczewska M ， Borowska M ， Olszewski M ， et al ， 2024 . Electrochemical detection of manganese ions using aptamer-based layers ［J］. Talanta ， 273 ： 125926 .

Li M ， Zhang L ， Zhang Q ， 2014 . Determination of manganese by CdTe quantum dots fluorescence quenching method ［J］. Metall Anal ， 34 （ 6 ）： 61 - 63 .

Li Y ， Liu X ， Xue J ， et al ， 2025 . Colorimetric detection of Ag + by using ascorbic acid-modified gold nanoparticle test strips ［J］. ChemistrySelect ， 10 （ 38 ）： e03531 .

Lv M ， Chen M ， Zhang R ， et al ， 2020 . Manganese is critical for antitumor immune responses via cGAS-STING and improves the efficacy of clinical immunotherapy ［J］. Cell Res ， 30 （ 11 ）： 966 - 979 .

Ma J ， Zheng J ， Chen J ， 2025 . Critical mechanistic insight， technological innovation advances and multi-media environmental application of colorimetry toward heavy metal detection ［J］. Crit Rev Anal Chem： 1 - 33 .

Najeeb M ， Iqbal Zaman M ， Niaz A ， et al ， 2018 . A simple colorimetric method for the detection of Mn 2+ based on the catalytic oxidation ability of silver nanoparticles ［J］. Mater Res Express ， 5 （ 12 ）： 125012 .

Narayanan K B ， Han S S ， 2017 . Colorimetric detection of manganese（II） ions using alginate-stabilized silver nanoparticles ［J］. Res Chem Intermed ， 43 （ 10 ）： 5665 - 5674 .

Narayanan K B ， Park H H ， 2014 . Colorimetric detection of manganese（II） ions using gold/dopa nanoparticles ［J］. Spectrochim Acta Part A Mol Biomol Spectrosc ， 131 ： 132 - 137 .

Ngeontae W ， Chaiendoo K ， Ngamdee K ， et al ， 2022 . A highly selective fluorescent sensor for manganese（II） ion detection based on N， S-doped carbon dots triggered by manganese oxide ［J］. Dyes Pigm ， 203 ： 110325 .

Perelonia K B S ， Benitez K C D ， Banicod R J S ， et al ， 2021 . Validation of an analytical method for the determination of cadmium， lead and mercury in fish and fishery resources by graphite furnace and Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry ［J］. Food Control ， 130 ： 108363 .

Peres T V ， Schettinger M R C ， Chen P ， et al ， 2016 . “Manganese-induced neurotoxicity： A review of its behavioral consequences and neuroprotective strategies” ［J］. BMC Pharmacol Toxicol ， 17 （ 1 ）： 57 .

Ran W ， Xu C ， Pan X ， et al ， 2026 . A colorimetric DNAzyme biosensor based on G-triplex/hemin for detecting ofloxacin in food ［J］. Talanta ， 297 ： 128655 .

Roushani M ， Saedi Z ， Hamdi F ， et al ， 2017 . Preparation an electrochemical sensor for detection of manganese （II） ions using glassy carbon electrode modified with multi walled carbon nanotube-chitosan-ionic liquid nanocomposite decorated with ion imprinted polymer ［J］. J Electroanal Chem ， 804 ： 1 - 6 .

Song W ， Song S J ， Kuang J ， et al ， 2022 . Activating innate immunity by a STING signal amplifier for local and systemic immunotherapy ［J］. ACS Nano ， 16 （ 10 ）： 15977 - 15993 .

Wang R ， Huang Z ， Wu Z ， et al ， 2025 . Chemical engineering of DNAzyme for effective biosensing and gene therapy ［J］. Small Meth ， 9 （ 6 ）： 2401514 .

Wang X ， Liu Y ， Xue C ， et al ， 2022 . A protein-based cGAS-STING nanoagonist enhances T cell-mediated anti-tumor immune responses ［J］. Nat Commun ， 13 ： 5685 .

Wei J ， Chen J ， Yue G ， et al ， 2018 . Development of a novel tridentate li gand for colorimetric detection of Mn 2+ based on AgNPs ［J］. Spectrochim Acta Part A Mol Biomol Spectrosc ， 202 ： 244 - 251 .

Yoda T ， Ichinohe S ， Yokosawa Y ， 2021 . Rapid analysis of minerals in oysters using microwave decomposition and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ［J］. Aquac Rep ， 19 ： 100585 .

Zhang J ， Chen X ， Li Y ， et al ， 2018 . A nitrogen doped carbon quantum dot-enhanced chemiluminescence method for the determination of Mn 2+ ［J］. Anal Methods ， 10 （ 5 ）： 541 - 547 .

Zhang X ， Liu J ， Wang H ， 2022 . The cGAS-STING-autophagy pathway： Novel perspectives in neurotoxicity induced by manganese exposure ［J］. Environ Pollut ， 315 ： 120412 .

Zhang Z ， Shang C ， Zhao W ， et al ， 2022 . 3 ， 3 '， 5， 5'-Tetramethylbenzidine and polyetherimide decorated silver nanoparticles for colorimetric Mn 2+ ions detection in aqueous solution ［J］. Chem Pap， 76 （ 11 ）： 7253 - 7260 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于UFLC-Q-TOF-MS/MS技术分析障眼明片浸膏的化学成分和入血成分

多次顶空固相微萃取在不同年份广陈皮挥发性化合物定量中的应用

面向大型变型航天器的智能轨道预报方法

基于AMPK/PI3K/AKT通路探讨清开灵口服液治疗NAFLD的作用机制

阳春砂果实发育过程中的表观性状变化与赤霉素相关基因的表达模式

DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn2+检测

DNAzyme-based cascade amplification colorimetric sensor for cellular Mn²⁺ detection

DOI：10.11714/acta.snus.ZR20260095

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references

DNA酶级联放大比色传感器用于细胞Mn²⁺检测