Simultaneous colorimetric and electrochemical detection of trace mercury (Hg2+) using a portable and miniaturized aptasensor

检出限 适体 线性范围 化学 聚苯乙烯 毒品检测 电极 电化学 分析化学(期刊) Mercury(编程语言) 色谱法 计算机科学 聚合物 遗传学 有机化学 物理化学 生物 程序设计语言
作者
Ana Ulloa,Alec Lucas,Abbey Koneru,Amit Kumar Barui,Lia Stanciu
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier]
卷期号:221: 114419-114419 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.bios.2022.114419
摘要

We report a novel aptasensor for the simultaneous colorimetric and electrochemical detection of mercury (Hg2+). This device consists of a paper-based microfluidic component (μ-PAD) incorporated into a miniaturized three-electrode system fabricated through printed circuit board (PCB) technology. This biosensor is portable, rapid, versatile, and can detect Hg2+ down to 0.01 ppm based on 3σ of the blank/slope criteria. Moreover, it is highly selective against As2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Mg2+, and Fe2+, reaching up to 13 times more of the input signal than the other heavy metals. The colorimetric detection mechanism uses aptamer functionalized polystyrene (PS)-AgNPs and Ps-AuNPs microparticles' specific aggregation. The Ps-AuNPs-based system allows qualitative detection (LOD 5 ppm) and stability over seven days (up to 97.59% signal retention). For the Ps-AgNPs-based system, the detection limit is 0.5 ppm with a linear range from 0.5 to 20 ppm (adjusted R2= 0.986) and stability over 30 days (up to 94.95% signal retention). The electrochemical component measures changes in charge transfer resistance upon target-aptamer hybridization using a [Ru (NH3)6]3+Cl3] redox probe. The latest component presents a linear range from 0.01 to 1 ppm (adjusted R2= 0.935) with a LOD of 0.01 ppm and performance stability over seven days (up to 102.52 ± 11.7 signal retention). This device offers a universal dual detection platform with multiplexing, multi-replication, quantitative color analysis, and minimization of false results. Furthermore, detection results in river samples showed recoveries up to 91.12% (RSD 0.85) and 105.61% (RSD 1.62) for the electrochemical and colorimetric components, respectively. The proposed system is highly selective with no false-positive or false-negative results in an overall wide linear range and can safeguard the accuracy of detection results in aptasensing platforms in general.
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