阅读说明：本技术 一种基于核酸染料的电化学检测汞离子的方法 (Method for electrochemically detecting mercury ions based on nucleic acid dye ) 是由 许淑霞 唐刚旭 陈朝霞 于 2019-08-16 设计创作，主要内容包括：一种基于核酸染料的电化学检测汞离子的方法,主要利用金纳米粒子修饰的丝网印刷碳电极作为检测元件,通过稳定的Au-S键的作用在电极表面修饰DNA探针。基于T-T碱基对与Hg<Sup>2+</Sup>特异性结合的特性用以捕捉体系中的Hg<Sup>2+</Sup>,同时引发DNA探针的构性变化。再利用核酸染料GelRed对于双链DNA的嵌入作用促使染料与DNA分子结合,从而引起电极表面的电化学信号升高。基于此,可实现对水样中的Hg<Sup>2+</Sup>无标记检测。该法操作简便,无需标记、成本较低,在实际水样中进行加标检测的结果显示回收率良好,具有良好的应用前景。(A method for electrochemically detecting mercury ions based on nucleic acid dye mainly utilizes a silk-screen printing carbon electrode modified by gold nanoparticles as a detection element, and modifies a DNA probe on the surface of the electrode through the action of a stable Au-S bond. Based on T-T base pairs and Hg 2+ Specific binding property for capturing Hg in system 2+ Simultaneously, the structural change of the DNA probe is triggered. Then the intercalation of the nucleic acid dye GelRed on double-stranded DNA promotes the combination of the dye and DNA molecules, thereby causing the electrochemical signal on the surface of the electrode to be increased. Based on the method, Hg in a water sample can be adjusted 2+ And (4) detecting without marks. The method has simple operation, no need of marking, low cost, and can be used for labeling detection in actual water sampleThe test result shows that the recovery rate is good, and the application prospect is good.)

一种基于核酸染料的电化学检测汞离子的方法

技术领域

本发明涉及一种用电化学生物传感器对汞离子进行定量检测，属于生物传感技术领域。

背景技术

随着人类社会和工业发展，环境污染的问题日益凸显出来，并且严重威胁人类的生存和发展。重金属污染指由重金属及其化合物造成的环境污染，主要是由于采矿、工业废气废水的排放等人为因素导致。其中，汞离子(Hg²⁺)是一种水溶性和高危险性的重金属离子，不仅会破坏生态环境，还会对水生生物和人类健康造成不可逆转的损伤。Hg²⁺会严重损坏人体的多个器官，包括大脑，肾脏，中枢神经系统和消化系统。根据美国环境保护署(EPA)的规定，饮用水中Hg²⁺的最高浓度不应超过10nM。传统的Hg²⁺分析方法有包括原子吸收光谱(AAS)，原子荧光光谱法(AFS)，高效液相色谱(HPLC)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等。这些高灵敏度，高精度和高精度的分析方法已广泛用于环境和生物样品中Hg²⁺的检测。然而，这些分析方法具有一些缺点，例如需要昂贵的设备和复杂的操作程序。此外，由于需要大规模仪器，这些技术不能用作现场测试。相比而言，电化学分析方法拥有设备和流程简单、灵敏度高、分析快速等优点。

近几年，基于对目标物特异性识别的DNA分子的生物传感器显示出快速，高灵敏度和选择性高等优点，因而得到大力的发展。Ono和Togashi在2004年发现Hg²⁺和DNA分子中的T-T碱基对之间的特异性错配现象，为DNA生物传感器检测Hg²⁺提供了基础。

发明内容

本发明的目的在于构建一种基于核酸染料的无标记的电化学生物传感器，用于快速、灵敏检测汞离子。

本发明通过使用电化学沉积技术将金纳米粒子修饰到一次性丝网印刷碳电极表面，从而达到改善丝网印刷碳电极导电性能和便于修饰DNA探针的目的。再通过Au-S键的作用将一端修饰-SH的DNA探针修饰到电极表面，用以捕捉溶液中的Hg²⁺，借助核酸染料GelRed与DNA双链的嵌入作用达到增强电化学信号的目的。从而，可以达到高选择性、无标记并且能够高灵敏度检测水中的汞离子。

本发明的技术方案如下：

(1)将丝网印刷碳电极通过电化学沉积的方法修饰上金纳米颗粒。

(2)在(1)所述的电极表面滴涂浓度为1μM的DNA探针溶液，并在室温下孵育过夜。

(3)将(2)所述的电极浸入一定浓度的Hg²⁺溶液中孵育30分钟。

(4)将(3)所述的电极浸入浓度为5×的GelRed染料溶液中孵育10分钟后，用电化学工作站以差分脉冲伏安法(DPV)法检测电化学信号，分析测定结果。

发明效果

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)灵敏度高。该法可检测nM级的Hg²⁺，可以达到实际水体环境中的Hg²⁺含量标准。

(2)成本低。本方法仅需要单独的DNA探针分子且无需标记，大大降低了检测成本。

(3)操作简便。无需其它特殊的样品前处理过程，能在短时间内完成样品的检测。

具体实施方式

实施例1

将丝网印刷碳电极清洁干净后，置于5mM HAuCl₄(包含50mM HCl)溶液中，设置电位为-0.6V，时间150s，使用计时电流法进行金纳米的电化学沉积。在修饰金纳米的丝网印刷碳电极表面滴涂1μM DNA探针溶液孵育过夜后，置于1mM的6-巯基-1-己醇(MCH)溶液中孵育1小时封闭电极。将制备好的电极浸入自来水样品(水样用离心机以转速10000转/分离心20分钟后，再用0.22μM滤膜过滤，加入5nM Hg²⁺)中继续孵育30分钟；再在浓度为5×的GelRed染料溶液中孵育10分钟后，用电化学工作站以差分脉冲伏安法(DPV)法检测电化学信号，分析测定结果。

实施例2

将丝网印刷碳电极清洁干净后，置于5mM HAuCl₄(包含50mM HCl)溶液中，设置电位为-0.6V，时间150s，使用计时电流法进行金纳米的电化学沉积。在修饰金纳米的丝网印刷碳电极表面滴涂1μM DNA探针溶液孵育过夜后，置于1mM的6-巯基-1-己醇(MCH)溶液中孵育1小时封闭电极。将制备好的电极浸入东风渠水样品(水样用离心机以转速10000转/分离心20分钟后，再用0.22μM滤膜过滤，加入5nM Hg²⁺)中继续孵育30分钟；再在浓度为5×的GelRed染料溶液中孵育10分钟后，用电化学工作站以差分脉冲伏安法(DPV)法检测电化学信号，分析测定结果。

通过实际样品分析，对电化学生物传感器检测水样中的Hg²⁺可行性进行了评估。对两个水样品中Hg²⁺进行加标检测，加标浓度5nM，结果显示两个实际水样品的Hg²⁺回收率良好。结果见表1。

表1实际水样中加标Hg²⁺的检测