用于檢測鉛的適配體傳感器及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適配體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于檢測鉛的適配體傳感器及 其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，水污染問題日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為全球性的環(huán)境問題。 2003年，美國華盛頓檢測到飲用水中鉛含量過高，污染物已經(jīng)到了致危的劑量，這一事件引 起了全世界的廣泛關(guān)注。水體中鉛含量過高會通過食物鏈、水體，直接或間接的進(jìn)入人體， 引起神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等疾病，甚至?xí)?三致"：致癌、致畸、致突變，嚴(yán)重 損害人的身體健康。美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)規(guī)定飲用水中鉛含量的最高濃度為72nM，但是鉛 含量低于72nM時也有可能導(dǎo)致兒童的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育受到阻礙。因此，發(fā)展一種超靈敏檢測 水中鉛含量的傳感器是十分有必要的。
[0003] 近年來，關(guān)于鉛的檢測方法有很多，包括原子吸收光譜(AAS)、電感耦合等離子體 原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等，都是標(biāo)準(zhǔn)的檢測鉛的方 法。但是，這些方法成本昂貴，需要復(fù)雜的檢測儀器和檢測材料，以及復(fù)雜的檢測步驟，并且 容易受其他離子的干擾，費(fèi)時費(fèi)力?，F(xiàn)今，電化學(xué)方法日益發(fā)展成熟，由于其具有靈敏度高、 特異性強(qiáng)、價格低廉并且簡單等特點，日益引起了人們的關(guān)注，成為了環(huán)境保護(hù)工作中的一 個研究熱點。因此，將電化學(xué)方法應(yīng)用于鉛含量檢測是業(yè)內(nèi)人士所努力的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制作簡單、使用壽命 長、抗干擾能力強(qiáng)、檢測精度高、穩(wěn)定性高、重復(fù)性強(qiáng)和效率高的基于金納米材料用于檢測 鉛的適配體傳感器，并相應(yīng)提供一種方法簡單、成本低廉、制作快速的適配體傳感器的制備 方法，在此基礎(chǔ)上，還提供一種上述適配體傳感器的應(yīng)用，該應(yīng)用能夠以低成本、簡化操作、 快速響應(yīng)、高檢測精度及較強(qiáng)抗干擾性等特點實現(xiàn)對鉛離子的高效檢測。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種用于檢測鉛的適配體傳感器，包括一在三電極系統(tǒng)中用作工作電極的玻碳電 極，所述玻碳電極的反應(yīng)端表面修飾有納米多孔金，所述納米多孔金表面修飾有DNAzyme探 針，納米金標(biāo)記的DNA探針與所述DNAzyme探針通過互補(bǔ)配對連接，所述DNAzyme探針為SEQ ID N0.1的DNA序列；所述納米金標(biāo)記的DNA探針為SEQ ID N0.2的DNA序列。
[0007] 上述的適配體傳感器中，優(yōu)選的，所述SEQ ID N0.1的DNA序列，具體為5'-SH-(CH2)6-TTTCATCTCTTCTCCGAGCCGGTCGAAATAGTGAGT-3,；所述SEQ ID N0.2的DNA序列，具體 為5 '-SH-(CH2)6-ACTCACTATArGGAAGAGATG-3 '。
[0008] 作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述適配體傳感器的制備方法，包括 以下步驟：
[0009] S1、制作一玻碳電極，將納米多孔金固定于所述玻碳電極的反應(yīng)端表面得到納米 多孔金修飾的玻碳電極；
[0010] S2、將步驟S1得到的納米多孔金修飾玻碳電極浸泡于含有DNAzyme探針，Tris-acetate緩沖溶液以及TCEP的混合溶液中，所述DNAzyme探針通過金硫共價鍵固定在所述納 米多孔金修飾的玻碳電極的反應(yīng)端表面，得到組裝有DNAzyme探針的納米多孔金修飾的玻 碳電極；
[0011] S3、在步驟S2得到的組裝有DNAzyme探針的納米多孔金修飾的玻碳電極反應(yīng)端表 面滴加巰基乙醇，使巰基乙醇占據(jù)未組裝DNAzyme探針的位點；
[0012] S4、將經(jīng)過所述步驟S3處理后的組裝有DNAzyme探針的納米多孔金修飾的玻碳電 極浸泡在納米金標(biāo)記的DNA探針溶液中培養(yǎng)，使所述DNAzyme探針與納米金標(biāo)記的DNA探針 互補(bǔ)配對連接形成雙鏈DNA探針，完成適配體傳感器的制備。
[0013] 上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S1中納米多孔金的制備方法為:將金銀合金 置于濃硝酸溶液中，待銀完全腐蝕，清洗，并調(diào)節(jié)pH至中性，得到所述納米多孔金。
[0014]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S2具體為:將步驟S1制備的納米多孔金修飾 的玻碳電極浸泡于含有1~5μΜ DNAzyme探針、10~20mM Tris-acetate緩沖溶液和1~ 5mMTCEP溶液的混合溶液中，反應(yīng)得到組裝有DNAzyme探針的納米多孔金修飾的玻碳電極。
[0015] 上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S4中納米金標(biāo)記的DNA探針的制備方法為： 將ΙΟμΜ的DNA探針加入到acetate緩沖溶液和TCEP溶液的混合溶液中活化，后加入濃度為 10nM的納米金溶液，避光反應(yīng)得到納米金標(biāo)記的DNA探針。
[0016] 上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述納米金溶液的制備方法為:取濃度為0. lg/L的氯 金酸水溶液加熱至沸騰并保持沸騰狀態(tài)1~3min，然后在lOOOrpm攪拌速度下快速加入濃度 為l〇g/L的檸檬酸三鈉溶液，持續(xù)加熱并保持?jǐn)嚢杷俣炔蛔?，直至所得溶液顏色由淡黃色轉(zhuǎn) 為酒紅色后停止加熱，繼續(xù)攪拌15~30min，冷卻后制得含納米金顆粒的溶液。
[0017] 作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述適配體傳感器或采用上述制備 方法制得的適配體傳感器在檢測鉛中的應(yīng)用，包括以下步驟：
[0018] (1)將適配體傳感器的玻碳電極浸入三氯化六銨合釕溶液，采用計時庫侖法測定 庫侖值；
[0019] (2)以適配體傳感器的玻碳電極作為工作電極，將其浸泡在含鉛離子的Tris-acetate 緩沖溶液中反應(yīng)，取出后置于三氯化六銨合釕溶液中測定庫侖值；
[0020] (3)根據(jù)鉛離子濃度與所述步驟(1)、所述步驟(2)的庫侖值構(gòu)建線性回歸方程，根 據(jù)線性回歸方程計算待測溶液中的鉛離子濃度。
[0021] 上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述鉛離子濃度與庫侖值變化的線性回歸方程為：
[0022] y = -(0.9411±0.04111)x-(6.177±0.3676) (1)
[0023] 式（1)中，y為檢測時鉛離子庫侖值的變化值，即Δ Q，單位為C; X為待測溶液中鉛離 子濃度值自然對數(shù)值，即log[Pb2+]，鉛離子濃度的單位為Μ;式（1)的相關(guān)系數(shù)R 2 = 0.9887， 鉛離子檢測線性范圍為5.0 X 10_η~1.0 X 10_7Μ，檢測下限為1.2 X 10_ηΜ。
[0024] 上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述三氯化六銨合舒濃度為10~80yM，Tris-acetate緩沖 溶液pH為6.5~9.0，反應(yīng)時間為30~60min。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述三氯化六銨合釕濃度為50 ~80yM，Tris-acetate緩沖溶液pH為8.0,反應(yīng)時間為30~60min。
[0025]上述的應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述步驟（1)計時庫侖法中脈沖周期為200~300ms，脈沖 寬度為600~800mV。進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟（1)計時庫侖法中脈沖周期為250ms，脈沖寬度為 700mV〇
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0027] 1、本發(fā)明提供的用于檢測鉛的適配體傳感器，納米金標(biāo)記的基質(zhì)單鏈DNA探針與 DNAzyme探針通過堿基互補(bǔ)配對連接形成雙鏈DNA探針，如果待測水體中存在鉛離子，納米 金標(biāo)記的基質(zhì)單鏈DNA會在r位點發(fā)生斷裂，使得標(biāo)記有納米金的部分單鏈DNA脫離電極表 面，從而得到溶液中鉛離子的濃度。
[0028] 2、本發(fā)明提供的用于檢測鉛的適配體傳感器具有優(yōu)化的微觀結(jié)構(gòu)。首先，將玻碳 電極用納米多孔金修飾，引入納米多孔結(jié)構(gòu)，使得其表面積增大，提高電極的導(dǎo)電性的同時 還能夠在表面連接更多的DNAzyme探針，從而提高了檢測范圍與檢出限；其次，利用納米金 顆粒標(biāo)記的基質(zhì)單鏈DNA探針能夠提供更多的與電化學(xué)信號物質(zhì)三氯化六銨合釕的結(jié)合位 點，使適配體傳感器通過協(xié)同增效，雙重放大了對鉛離子的檢測，大大提高了適配體傳感器 的穩(wěn)定性、重復(fù)性和傳感器結(jié)構(gòu)的可靠性，提高了適配體傳感器的檢測水平。
[0029] 3、本發(fā)明提供的用于檢測鉛的適配體傳感器制作簡單、檢測范圍廣、抗干擾能力 強(qiáng)、可重復(fù)使用，可以實現(xiàn)對鉛離子的高效檢測。
[0030] 4、本發(fā)明的適配體傳感器的制備方法工藝步驟簡單、成本低、制作效率高。
[0031] 5、本發(fā)明適配體傳感器在檢測重金屬鉛離子中的應(yīng)用，將玻碳電極浸泡在含鉛離 子的pH為6.5~9.0的Tris-acetate緩沖溶液中反應(yīng)，后置于三氯化六銨合釕濃度為10~80 μΜ的Tris-acetate緩沖溶液中，納米金標(biāo)記的基質(zhì)單鏈DNA會在r位點發(fā)生斷裂，使其脫離 電極表面，從而改變了三氯化六銨合釕的吸附位點，根據(jù)由此產(chǎn)生的電化學(xué)信號變化即可 計算出溶液中鉛離子的濃度。該應(yīng)用成本低廉，操作簡單，響應(yīng)快速，檢測精度高且抗干擾 性強(qiáng)。
【附圖說明】
[