高靈敏高選擇的金屬汞離子電化學(xué)傳感器的制造方法
【專利說明】
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明為一種高靈敏高選擇的金屬汞離子電化學(xué)傳感器。通過單個(gè)T-Hg2+-T鍵合促發(fā)協(xié)同雜交效應(yīng)，在金電極表面形成三臂的DNA “Y”型結(jié)構(gòu)，利用電化學(xué)活性分子在電極表面的快速電子傳遞，實(shí)現(xiàn)對Hg2+的簡單、快速、高靈敏、高選擇性電化學(xué)檢測。
二、【背景技術(shù)】
[0002]重金屬汞離子(Hg2+)在水體中的污染日益引起人們的關(guān)注，其經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，進(jìn)入人體積累在腦、肝和其他器官中，產(chǎn)生慢性中毒，損害腎、腦、胃和腸道，而且能夠引起神經(jīng)紊亂，甚至引起死亡。另外，Hg2+能與酶中的氨基、二巰基、羧基、羥基以及細(xì)胞膜內(nèi)的磷?；Y(jié)合，使酶失活，造成功能和結(jié)構(gòu)損傷，從而阻礙細(xì)胞的生物活性和正常代謝。傳統(tǒng)的痕量Hg2+檢測方法主要有原子吸收、電感耦合等離子體發(fā)射光譜、化學(xué)法(沉淀滴定及元素分析等)、電導(dǎo)檢測法(電導(dǎo)率測定及電位滴定法)、光譜檢測法(熒光及紫外-可見光吸收檢測法)和等離子體質(zhì)譜等技術(shù)。然而，這些方法普遍存在檢測過程繁瑣、儀器昂貴、運(yùn)行費(fèi)用高、復(fù)雜的樣品預(yù)處理、需要專業(yè)操作人員等缺點(diǎn)，并不適合現(xiàn)場快速監(jiān)測和連續(xù)在線分析。電化學(xué)方法具有設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、易自動(dòng)化、便于攜帶、靈敏度高、能進(jìn)行快速在線連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有發(fā)展前景的重金屬離子檢測方法。
[0003]現(xiàn)有的Hg2+電化學(xué)檢測方法主要有溶出伏安法、離子選擇性電極和場效應(yīng)晶體場傳感器。然而這些方法都有很大的缺點(diǎn)，限制了其實(shí)際應(yīng)用，例如溶出伏安法的工作電極常采用液態(tài)汞電極或汞膜電極等，由于汞的毒性和揮發(fā)性均較大，長期使用對工作者的健康有害，對環(huán)境也造成很大污染；離子選擇性電極使用壽命短、抗干擾能力不強(qiáng)、檢測靈敏度低；場效應(yīng)晶體場傳感器制備繁瑣、靈敏度低、電信號噪音大。因此，設(shè)計(jì)制備新的電化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)Hg2+簡單、快速、高靈敏、高選擇性的檢測勢在必行。
[0004]研究表明，Hg2+能介導(dǎo)胸腺嘧啶(T)配對，形成T-Hg2+-T復(fù)合物，其穩(wěn)定性比正常的Watson-Crick堿基對還要穩(wěn)定?；诖颂匦?，通過設(shè)計(jì)特殊的DNA結(jié)構(gòu)，結(jié)合突光粹滅、納米金凝聚比色、熒光能量轉(zhuǎn)移、電化學(xué)DNA開關(guān)等信號傳導(dǎo)模式，近年來發(fā)展了一系列簡單快速的均相Hg2+檢測方法。然而在這些方法中，每個(gè)DNA結(jié)構(gòu)的變化都需要多個(gè)T-Hg2+-T鍵合力來實(shí)現(xiàn)，大大限制了這些方法的檢測靈敏度和選擇性。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的內(nèi)容是:通過單個(gè)T-Hg2+-T鍵合促發(fā)協(xié)同雜交效應(yīng)，結(jié)合三臂的DNA “Y”型結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活性分子在電極表面的快速電子傳遞，構(gòu)建一種簡單、快速、高靈敏、高選擇的金屬汞離子電化學(xué)傳感器。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種高靈敏高選擇的金屬汞離子(Hg2+)電化學(xué)傳感器，如圖1所示。其特征在于該傳感器由捕獲探針(PD、信號探針(P2)與輔助探針(P3)組成:捕獲探針(Pl)為5’端修飾巰基(SH)的DNA單鏈，基于Au-S鍵合作用，在金電極(Au)表面進(jìn)行自組裝修飾，形成傳感界面；信號探針(P2)為3’端修飾電化學(xué)活性分子二茂鐵(Fe)的DNA單鏈；輔助探針(P3)為沒有任何修飾的DNA單鏈。在Hg2+存在時(shí)，利用DNA的胸腺嘧啶⑴與Hg2+間強(qiáng)的親和作用，在金電極表面形成三臂的DNA “Y”型結(jié)構(gòu)，使得Fe分子靠近電極表面，產(chǎn)生電流信號。
[0008]上述的捕獲探針(Pl)含有16個(gè)堿基，從5’端開始的4堿基位點(diǎn)為胸腺嘧啶⑴；通過5’端修飾的巰基(SH)連接在金電極表面。
[0009]上述的信號探針(P2)含有17個(gè)堿基，從3’端開始的1、2、3、5、6、7、8堿基位點(diǎn)與捕獲探針(Pl) 5’端開始的1、2、3、5、6、7、8喊基位點(diǎn)完全喊基互補(bǔ)；從3’端開始的4喊基位點(diǎn)為胸腺嘧啶(T)。
[0010]上述的傳感器通過T-Hg2+-T鍵合，使捕獲探針(Pl) 5’端開始的1-8堿基位點(diǎn)與信號探針(P2)3’端開始的1-8堿基位點(diǎn)完全互補(bǔ)雜交，形成DNA “Y”型結(jié)構(gòu)的臂1_2。
[0011]上述的輔助探針(P3)含有15個(gè)堿基，從5’端開始的1-7堿基位點(diǎn)與捕獲探針(Pl) 3’端開始的1-7堿基位點(diǎn)完全堿基互補(bǔ)，雜交形成DNA “Y”型結(jié)構(gòu)的臂1-3 ;從3，端開始的1-8堿基位點(diǎn)與信號探針(P2)5’端開始的1-8堿基位點(diǎn)完全堿基互補(bǔ)，雜交形成DNA “Y”型結(jié)構(gòu)的臂2-3。
[0012]上述的三臂DNA “Y”型結(jié)構(gòu)能使Fe分子靠近電極表面，直接產(chǎn)生電流信號。
[0013]上述的傳感器，其特征在于如下檢測步驟:
[0014]①將含Hg2+的樣品、信號探針(P2)和輔助探針(P3)混合，并把混合液滴在電極表面進(jìn)行溫育；
[0015]②用沖洗液沖洗后，把電極插入檢測溶液，用交流伏安法進(jìn)行電化學(xué)檢測。
[0016]③從工作曲線求出樣品中的Hg2+濃度。
[0017]上述步驟②中的沖洗液為含10mM NaCl的1mM Tris-HCl緩沖液，pH7.4 ;檢測溶液為含 1.0M NaClO4 的 0.1M Tris-HCl 緩沖液，ρΗ7.4。
[0018]上述的傳感器，其特征在于檢測完的電極表面可用10nM Na2S再生，可重復(fù)使用。
[0019]本檢測系統(tǒng)測定汞離子的原理:
[0020]本高靈敏高選擇的金屬汞離子電化學(xué)傳感器檢測原理如圖1所示，基于Au-S鍵合作用，在金電極表面自組裝巰基修飾的捕獲探針(Ρ1)，構(gòu)建Hg2+電化學(xué)傳感器界面；把含有Hg2+的待測溶液、信號探針(Ρ2)與輔助探針(Ρ3)混合，混合液滴于電化學(xué)傳感器界面室溫溫育25分鐘，通過單個(gè)T-Hg2+-T鍵合促發(fā)協(xié)同雜交效應(yīng)，在金電極表面形成三臂的DNA“Y”型結(jié)構(gòu)，使得Fe分子靠近電極表面；最后，用交流伏安法電化學(xué)檢測Fe的氧化電流，該信號與Hg2+濃度的對數(shù)值成正相關(guān)，通過工作曲線即可得到待測溶液中Hg2+的濃度。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn):
[0022]本發(fā)明通過單個(gè)T-Hg2+-T鍵合促發(fā)協(xié)同雜交效應(yīng)，結(jié)合三臂的DNA “Y”型結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活性分子在電極表面的快速電子傳遞，構(gòu)建高靈敏高選擇的金屬汞離子電化學(xué)傳感器。相對現(xiàn)有的Hg2+檢測方法，具有以下特點(diǎn):
[0023](I)設(shè)計(jì)單T-Hg2+-T鍵合促發(fā)協(xié)同雜交效應(yīng)，形成三臂的DNA “Y”型結(jié)構(gòu)，大大提高了檢測