金屬離子在自然界中廣泛分布，不僅存在于環境介質（如土壤、水、大氣）中，也存在于動植物體內。它們是生態系統和生命活動不可或缺的組成部分。在生物系統中，金屬離子具有關鍵的生理功能：鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鈷（Co）等作為人體必需的微量元素，直接參與維持正常的生理功能、生長發育和物質代謝。例如，鐵是血紅蛋白的核心成分，負責氧氣運輸；鋅則是數百種酶的活性中心，調控核酸合成和免疫功能[1]。這些離子的穩態對人類健康至關重要。相反，金屬離子穩態的失調會導致一系列健康問題：體內必需金屬離子水平過高或過低都會擾亂代謝途徑（如銅缺乏會導致血管彈性下降[2]，錳過量會引起神經毒性）。一旦有毒金屬離子（如鉛Pb²⁺、汞Hg²⁺、鎘Cd²⁺）通過環境暴露進入人體并積累，會造成多系統損傷，包括貧血、神經退行性疾病、免疫功能障礙、腎衰竭、肝壞死，甚至在嚴重情況下誘發癌癥或死亡[3],[4],[5]。

隨著現代工業的快速發展，金屬離子的應用場景不斷擴展，但也帶來了嚴重的污染問題[6]：工業廢水和生活污水的無序排放、礦產開采過程中的生態破壞以及核廢物的不當處理，導致水和土壤嚴重污染。這些污染物通過食物鏈的營養級逐漸積累，最終通過飲食進入人體，對公眾健康構成持續威脅[7]。因此，建立高效準確的金屬離子檢測技術成為預防和控制環境污染、保護人類健康的關鍵。

傳統的金屬離子檢測方法已經發展成熟，包括原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、氫化物生成-原子熒光光譜法（HG-AFS）、電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）和高性能電化學傳感器。然而，這些方法通常存在檢測儀器昂貴、樣品預處理過程復雜、操作步驟繁瑣、分析時間較長等局限性，難以滿足快速現場檢測或大規模樣品篩查的需求[7],[8],[9]。相比之下，DNA酶熒光傳感器在實際應用中顯示出顯著優勢（表1）。

作為一種具有催化活性的核酸分子，DNA酶由Breaker和Joyce于1994年首次發現[10],[11]。其核心結構由酶鏈和含有核糖腺苷（rA）的底物鏈組成，底物鏈通過指數富集配體系統進化技術（SELEX）從隨機DNA序列庫中篩選獲得[12],[13]。與傳統生物催化劑相比，DNA酶具有合成成本低、制備過程簡單、無批次差異等優點；更重要的是，大多數DNA酶對特定金屬離子具有依賴性反應。目標金屬離子可作為共因子激活其催化功能，結合其固有的設計靈活性、序列可編程性以及對金屬離子的高親和力和特異性，使其成為構建金屬離子傳感器的理想分子工具[14],[15]。目前，已開發出多種基于DNA酶的傳感器，并結合了熒光、電化學、紫外、比色等方法。與其他傳感器相比，熒光傳感器在結合金屬離子特異性DNA酶后具有更強的信號放大能力。此外，熒光探針技術具有高靈敏度、良好選擇性和優異的生物相容性，與DNA酶的優勢相輔相成。例如，使用DNA酶熒光傳感器進行檢測時，檢測限通常可達到nM或μM級別[16],[17]，而使用紫外技術時檢測限為mM級別。基于此，基于DNA酶的熒光檢測系統有效整合了各項優勢，在金屬離子檢測領域得到廣泛應用，為解決傳統檢測方法的局限性提供了新途徑。

本綜述重點關注RNA切割DNA酶熒光傳感器在金屬離子檢測方面的研究進展。文獻篩選主要基于過去五年（2020-2025年），旨在梳理該領域快速迭代期的創新成果。同時，回顧了1994年DNA酶的最初發現、信號放大技術及DNA酶集成等基礎研究，以確保學術背景的完整性。研究內容嚴格限定在DNA酶、熒光傳感和金屬離子檢測領域，包括CHA和SDR等信號放大策略、MOF、MXene和UCNP等納米材料修飾，以及體內成像和現場檢測等多場景適應。這些近年來熱門的研究課題涵蓋了生物醫學、資源和環境三大應用領域，突顯了本綜述的實用參考價值。與以往廣泛涵蓋熒光、比色、電化學等傳感器或僅關注單一領域的綜述不同，本文構建了一個基于核心檢測原理和信號增強策略的二維統一分類體系，并提出了從樣品特性到檢測要求再到原理選擇的場景適應決策框架。同時，整合了DNA酶熒光傳感器在生物醫學、資源和環境等領域的應用，突破了以往綜述的局限性。

基于以上原因，本文全面總結了DNA酶熒光傳感器在金屬離子檢測方面的最新研究進展（圖1），分析了其技術瓶頸和未來發展方向，為該領域的發展提供了參考。

熒光淬滅劑是通過物理或化學效應減弱熒光強度或熒光量子產率的分子。其中，Black Hole Quencher（BHQ）、Dabcyl和TAMRA應用廣泛。它們可以與特定熒光團在近距離共存時利用FRET機制吸收激發能量并抑制熒光發射，從而減少背景干擾并提高檢測靈敏度。

癌癥仍是全球主要的死亡原因之一[66],[67]。準確檢測特定生物標志物在腫瘤診斷中具有不可替代的價值，尤其是對于早期腫瘤的診斷，這是實現疾病早期發現和干預的關鍵。早期腫瘤生物標志物具有水平低、特異性差、檢測困難的特點，而疾病狀態下金屬離子的異常分布為腫瘤檢測提供了新的策略。

楊柳瑤：撰寫 – 審稿與編輯。袁子怡：撰寫 – 審稿與編輯。凌貴霞：撰寫 – 審稿與編輯。張鵬：撰寫 – 審稿與編輯。丁宇靜：撰寫 – 原稿撰寫

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