用于灵敏检测痕量镍离子的磁诱导自组装电化学生物传感器及其应用
阅读说明：本技术 用于灵敏检测痕量镍离子的磁诱导自组装电化学生物传感器及其应用 (Magnetic induction self-assembly electrochemical biosensor for sensitively detecting trace nickel ions and application thereof ) 是由 许月阳 刘瑞江 薛建明 朱法华 刘涛 王宏亮 杨帆 石丽娜 于 2021-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于灵敏检测痕量镍离子的磁诱导自组装电化学生物传感器及其应用,属于电化学生物传感技术领域。该电化学生物传感器利用镍离子依赖性脱氧核酶作为生物识别元件,能够特异性识别镍离子,具有良好的选择性。基于α-Fe-3O-4/Fe-2O-3-Au纳米复合物作为电极衬底材料,具有良好的导电性,并可通过磁力诱导自组装稳定结合在电极表面。该电化学生物传感器可检测镍离子浓度的线性范围为100 pM-10 μM,检测限为55 pM。本发明构建的电化学生物传感器灵敏度高、特异性强、检测限低、制备简单、检测周期短。(The invention discloses a magnetic induction self-assembly electrochemical biosensor for sensitively detecting trace nickel ions and application thereof, belonging to the technical field of electrochemical biosensor. The electrochemical biosensor utilizes nickel ion-dependent deoxyribozyme as a biological recognition element, can specifically recognize nickel ions, and has good selectivity. Based on alpha-Fe 3 O 4 /Fe 2 O 3 The Au nano composite is used as an electrode substrate material, has good conductivity and can be stably combined on the surface of an electrode through magnetic force induced self-assembly. The linear range of the nickel ion concentration detectable by the electrochemical biosensor is 100pM-10 mu M, and the detection limit is 55 pM. The electrochemical biosensor constructed by the invention has the advantages of high sensitivity, strong specificity, low detection limit, simple preparation and short detection period.)
技术领域
本发明涉及一种用于灵敏检测痕量镍离子的磁诱导自组装电化学生物传感器及其应用，属于电化学生物传感
技术领域
。背景技术
镍(II)(Ni2+)是生物合成、呼吸和代谢中的重要微量元素，但是过量的Ni2+会导致癌症、神经衰弱、炎症、系统紊乱等疾病。目前Ni2+的传统检测方法有吸附法、分光光度法、荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等，但是传统的检测方法存在设备复杂、操作成本高、样品制备复杂、特异性差等局限性。因此，需要探索一种有效、简便、高灵敏度的Ni2+检测方法。电化学生物传感器检测灵敏度高、特异性高、重现性好、需要的样品量少、检测时间短，已成为近年来检测重金属离子的研究热点。
电化学检测Ni2+可以通过构建氧化还原反应电化学传感器和脱氧核酶电化学传感器来实现，其中氧化还原反应分析方法更为复杂，性能很大程度取决于电极材料；脱氧核酶电化学传感器选择性好，稳定性好，非常适合环境中重金属离子的检测。随着纳米科技的发展，纳米材料被广泛应用于提高电化学传感器的灵敏度。然而非磁性的纳米材料与电极表面之间没有强作用力，导致衬底材料容易脱离电极表面，电流信号不稳定。磁性纳米材料可以通过磁力诱导自组装稳定迅速结合到磁性玻碳电极表面，且通过去除磁芯，电极再生简单，具有良好的应用潜力。
发明内容
为实现痕量Ni2+的灵敏检测，本发明提供了一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器。
本发明还提供上述电化学生物传感器的应用。
本发明的具体技术方案如下：
一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建过程如下：
(1)将磁性玻碳电极采用Al2O3粉末抛光，超声清洗干燥后备用；
(2)取5-10μLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至磁性玻碳电极表面，待电极于室温下干燥后，在电极表面形成一层均匀的α-Fe2O3/Fe3O4-Au膜，备用；
(3)取5-10μL包含三(2-羧乙基)膦的巯基修饰的DNA1溶液滴加至步骤(2)的电极表面，37℃孵育1-8h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用；
(4)取5-10μL，体积分数为0.25％的牛血清白蛋白滴加到步骤(3)得到的电极表面，封闭电极表面非特异性位点，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用；
(5)取5-10μL亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至步骤(4)的电极表面，其中DNA2的浓度与步骤(3)中DNA1浓度相同，37℃孵育，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，即得电化学生物传感器。
进一步地，磁性玻碳电极依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光。
进一步地，步骤(3)中DNA1的序列为：
5’-CnAnCGTCCATCTCTGCAGTCGGGTAGTTAAACCGACCTTCAGACATAGTGAGTAGCAAAAAAAAAAnAnA-SH-3’；
步骤(5)中DNA2的序列为：
5’-MB-AnCnTCACTAT/RA/GGAAGAGATGGACGnTnG-3’。
进一步地，步骤(2)中所述α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液的浓度为5-25mg/mL。
进一步地，步骤(3)中所述包含三(2-羧乙基)膦的巯基修饰的DNA1溶液的浓度为1-20μM。
进一步地，步骤(5)中所述亚甲基蓝修饰的DNA2溶液的孵育时间为30-70min。
进一步地，步骤(2)中所述α-Fe2O3/Fe3O4@Au纳米复合物的制备方法如下：
1)将Fe(NO3)3·9H2O和C6H10O8按摩尔比1:1.5溶解于定量双蒸水中，室温下磁力搅拌24h，得到分散均匀的前驱体溶液；采用旋转蒸发仪对前驱体溶液于60℃进行脱水处理，制得溶胶；将溶胶放入烘箱，干燥得到蓬松多孔状干凝胶；将干凝胶放入程序控温炉中，450℃煅烧2h，得到磁性α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒；
2)将装有200mL，浓度为7.5mM的柠檬酸三钠溶液的三颈烧瓶置于油浴上，在回流条件下加热至沸腾；将超声分散好的1mL，浓度为10mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒悬浊液滴加到三颈烧瓶中，磁力搅拌5min；将10mL，浓度为10mM的氯金酸溶液加到三颈烧瓶中，磁力搅拌，得到酒红色溶液，将溶液离心，洗涤沉淀，并真空干燥，得到α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物。
上述的用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器的应用。
检测时：取待测溶液滴加至电极表面，37℃孵育30-80min；采用电化学工作站和三电极体系进行测试，以磁性玻碳电极作为工作电极，银/氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，采用其中含有0.1M的KCl的5mM[Fe(CN)6]3-/4-溶液作为电解液，构建电化学生物传感器，通过差分脉冲伏安法在-0.1～0.7V范围内进行测试。
进一步地，所述的待测溶液选用硝酸镍溶液、硫酸镍溶液、溴化镍溶液、或氯化镍溶液。
进一步地，所述待测溶液的体积为5-10μL。
检测时，取待测无机盐溶液滴加至电极表面，37℃孵育30-80min，待测金属离子激活DNA1的催化核心区域，导致DNA2断裂，带有亚甲基蓝的DNA2片段离开电极表面，导致电化学信号发生改变。
本发明选用镍离子依赖性脱氧核酶(Ni2+-DNAzyme)作为生物识别元件，在Ni2+存在下表现出良好的催化性能。固定化在电极表面的DNAzyme应保持其固有结构和生物活性，并尽可能多地负载以保证其高灵敏度。因此，电化学生物传感器的衬底材料应具有较大的比表面积、良好的生物相容性和优良的导电性。本发明制备了α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物作为电极衬底材料，用于信号放大。α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物可以通过磁力诱导自组装技术稳定结合在磁性玻碳电极(MGCE)表面，通过去除电极磁性内芯，MGCE可以快速再生。并且金纳米粒子具有良好的导电性，使电化学生物传感器具有较高的灵敏度。该电化学生物传感器为痕量Ni2+的测定提供了新的灵敏检测方法，可通过改变生物识别元件应用于其他金属离子的测定。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
1.本发明的电化学生物传感器利用镍离子依赖性脱氧核酶作为生物识别元件，能够特异性识别镍离子，具有良好的选择性。基于α-Fe3O4/Fe2O3-Au纳米复合物作为电极衬底材料，具有良好的导电性，并可通过磁力诱导自组装稳定结合在电极表面。该电化学生物传感器可检测镍离子浓度的线性范围为100pM-10μM，具有较广的线性范围。检测限为55pM。本发明构建的电化学生物传感器灵敏度高、特异性强、检测限低、制备简单、检测周期短。
2.由于α-Fe2O3/Fe3O4@Au纳米复合物具有磁性，可通过磁力诱导自组装技术将α-Fe2O3/Fe3O4@Au纳米复合物稳定牢固得修饰至MGCE表面，并且通过移除MGCE的磁芯能够迅速移除α-Fe2O3/Fe3O4@Au，电极再生简单迅速。
3.本发明通过自组装技术将巯基修饰的DNA1通过Au-S键连接至α-Fe2O3/Fe3O4@Au纳米复合物表面，操作快速、简单，不需使用其余材料。
4.本发明反应条件温和，过程容易控制，无需对操作人员进行培训；对所需设备要求不高，操作简单，方便携带；每次检测所需DNA链极少，成本低廉；检测过程快速，便捷，几分钟即可得到检测结果。
附图说明
图1为准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4@Au纳米复合物的透射电镜照片，其中图中标尺大小为50nm；
图2为实施例1中用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器构建过程的循环伏安法图；
图3为实施例1中用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器检测Ni2+，Ca2+，Cu2+，Fe3+，Pb2+，Zn2+的峰值电流；
图4为实施例1中用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器所能检测的浓度及线性范围图。
具体实施方式
为了令本发明的目的、特征、优点更加明显易懂，下面结合具体实施例和附图内容对本发明作进一步的阐述，以使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案。显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，本领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，如只改变用途而不改变权利要求涉及基本原理的实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实例中所用原料：
三(2-羧乙基)膦，简称TCEP；
牛血清白蛋白，简称BSA；
TCEP和BSA购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
DNA1和DNA2从生工生物工程(上海)股份有限公司购买，详见序列表：
DNA1的序列为：
5’-CnAnCGTCCATCTCTGCAGTCGGGTAGTTAAACCGACCTTCAGACATAGTGAGTAGCAAAAAAAAAAnAnA-SH-3’；
DNA1中的核苷酸序列如：SEQ ID NO:1所示，DNA1为一个DNA片段。
DNA2的序列为：
5’-MB-AnCnTCACTAT/RA/GGAAGAGATGGACGnTnG-3’，
其中SH代表巯基；MB代表亚甲基蓝；n代表硫代磷酸酯键修饰。/RA/表示在DNA片段AnCnTCACTAT和DNA片段GGAAGAGATGGACGnTnG之间插入一个腺嘌呤核糖核苷酸。
准备实例：α-Fe2O3/Fe3O4@Au纳米复合物的制备
1)将13.54g Fe(NO3)3·9H2O和10.45g C6H10O8溶解于100mL双蒸水中，室温下磁力搅拌24h，得到分散均匀的前驱体溶液；采用旋转蒸发仪对前驱体溶液于60℃进行脱水处理，制得溶胶；将溶胶放入烘箱，干燥得到蓬松多空状干凝胶；将干凝胶放入程序控温炉中，450℃煅烧2h，得到磁性α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒；
2)将装有200mL，浓度为7.5mM的柠檬酸三钠溶液的三颈烧瓶置于油浴上，在回流条件下加热至沸腾；将超声分散好的1mL，浓度为10mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒悬浊液滴加到三颈烧瓶中，磁力搅拌5min；将10mL，浓度为10mM的氯金酸溶液加到三颈烧瓶中，磁力搅拌，得到酒红色溶液，将溶液离心，洗涤沉淀，并真空干燥，得到α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物。
图1为本实施例所述条件下制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物的透射电镜照片；从电镜照片中可以看出，平均晶粒尺寸为12nm的金纳米粒子紧密结合在α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒表面。
实施例1
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建过程如下：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待室温条件下液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极，备用。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，即得用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器。
测试例1：
修饰电极的检测过程如下：
1)将8μL，浓度为10μM的Ni2+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2/Ni2+修饰电极。
2)采用电化学工作站(上海辰华仪器有限公司购买，CHI660E)和三电极体系进行测试，以MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2/Ni2+修饰电极作为工作电极，银/氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，采用其中含有0.1M的KCl的5mM[Fe(CN)6]3-/4-溶液作为电解液，通过循环伏安法(CV)，交流阻抗谱(EIS)和差分脉冲伏安法进行测试(DPV)，测得DPV峰值电流为3.6μA。说明该电化学生物传感器可用于痕量Ni2+的检测。
测试例2：
对各种电极进行特性检测，得到的循环伏安曲线如图2所示。图中，从a-g依次为各种电极的循环伏安曲线；
a-g对应的电极依次为：bare MGCE、MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4、MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au、MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1、MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA、MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2、MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2/Ni2+；
其中a的bare MGCE电极，为清洁的磁性玻碳电极；
其中b的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4修饰电极的制备过程如下：
1)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒悬浊液，备用；
2)将8μL，浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒悬浊液滴加至清洁好的磁性玻碳电极(MGCE)表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4修饰电极。
其中c为实施例1步骤3)制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极；
其中d为实施例1步骤5)制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极；
其中e为实施例1步骤6)制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极；
其中f为实施例1步骤8)制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极；
其中g为测试例1步骤1)制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2/Ni2+修饰电极；
测试结果，从图2中可以看出，曲线c比曲线b电流响应值高，原因是导电性良好的金纳米粒子成功修饰到α-Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒表面，证明α-Fe2O3/Fe3O4-Au作为电极表面衬底材料用来放大电流信号，可以有效提高电化学生物传感器的灵敏度；
曲线d和曲线e的峰值电流依次减小，原因是DNA1和BSA导电性差且存在空间位阻；从曲线f看出，DNA2修饰到电极后，由于亚甲基蓝靠近电极表面，增强了电子传递能力，增大了电流信号；
曲线g显示电流响应降低，原因是Ni2+滴加到电极上后，激活了DNA1的催化核心区域，使DNA2链断裂，带有亚甲基蓝片段的DNA2链片段远离电极表面，电子传递能力降低，导致电流信号降低。
测试例3：
以实施例1构建的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极作为电化学生物传感器，滴加不同种类的金属离子溶液，考察电化学传感器的选择性，采用电化学工作站和三电极体系进行测试，以修饰磁性玻碳电极作为工作电极，银/氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，采用其中含有0.1M的KCl的5mM[Fe(CN)6]3-/4-溶液作为电解液，通过循环伏安法(CV)，交流阻抗谱(EIS)和差分脉冲伏安法(DPV)进行测试。
不同金属离子修饰电极，分别通过如下方法得到：
1、将8μL，浓度为1μM的Ni2+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到Ni2+修饰电极。
2、将8μL，浓度为100μM的Ca2+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到Ca2+修饰电极。
3、将8μL，浓度为100μM的Cu2+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到Cu2+修饰电极。
4、将8μL，浓度为100μM的Fe3+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到Fe3+修饰电极。
5、将8μL，浓度为100μM的Pb2+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到Pb2+修饰电极。
6、将8μL，浓度为100μM的Zn2+溶液滴加至实施例一制得的修饰电极表面，37℃孵育80min，得到Zn2+修饰电极。
从图3中看出，与不添加任何金属离子的对照组相比，Ca2+，Cu2+，Fe3+，Pb2+和Zn2+存在时，电流信号无明显变化。原因是干扰金属离子不能被Ni2+-DNAzyme识别，无法激活该脱氧核酶的催化核心区域。只有Ni2+能够被Ni2+-DNAzyme特异性识别，DNA2链被剪切断裂，带有亚甲基蓝的DNA2链片段离开电极表面，导致电流信号明显降低。证明该电化学生物传感器对Ni2+有较好的选择性。
测试例4：
以实施例1构建的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极作为电化学生物传感器，滴加不同浓度的Ni2+溶液，考察电化学传感器所能检测的浓度线性范围。
Ni2+浓度为10μM时，测得DPV峰值电流为3.6μA；镍离子浓度为1μM时，测得DPV峰值电流为9.1μA；镍离子浓度为100nM时，测得DPV峰值电流为15.0μA；镍离子浓度为10nM时，测得DPV峰值电流为18.2μA；镍离子浓度为1nM时，测得DPV峰值电流为25.5μA；镍离子浓度为100pM时，测得DPV峰值电流为31.3μA。
从图4中看出，电流响应随着Ni2+浓度增大而降低，该电化学生物传感器所能检测的浓度范围为100pM-10μM，通过线性拟合数据计算检测线为55pM，线性方程为I(μA)＝-5.5272lg C(M)-24.0097，相关系数R2＝0.996。I代表电流，C代表浓度。
实施例2
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，构建方法如下：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中各超声清洗1min，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为5mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为5mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极，备用。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极。
检测时，将8μL，浓度为10nM的Ni2+溶液滴加至实施例2制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育80min。采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为14.3μA。α-Fe2O3/Fe3O4-Au作为电极衬底材料，用于信号放大策略。经检测该材料导电性良好，使电化学生物传感器对Ni2+的检测有较高的灵敏度、较低的检测限和较广的线性范围；且具有磁性，可以通过磁力诱导自组装迅速稳定结合到电极表面，通过移除电极磁芯，可以实现电极的快速再生。
实施例3
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为25mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为25mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极，备用。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为10nM的Ni2+溶液滴加至实施例3制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育80min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为9.2μA。α-Fe2O3/Fe3O4-Au作为电极衬底材料，用于信号放大策略。经检测该材料导电性良好，使电化学生物传感器对Ni2+的检测有较高的灵敏度、较低的检测限和较广的线性范围；且具有磁性，可以通过磁力诱导自组装迅速稳定结合到电极表面，通过移除电极磁芯，可以实现电极的快速再生。
实施例4
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极，备用。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为1μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得1μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为1μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为10μM的Ni2+溶液滴加至实施例4制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育80min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为27.2μA。DNA1空间位阻大、导电性差、且带负电荷，阻止[Fe(CN)6]3-/4-到达电极表面，导致电流信号降低。
实施例5
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为20μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得20μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为20μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为10μM的Ni2+溶液滴加至实施例5制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育80min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为3.5μA。DNA1空间位阻大、导电性差、且带负电荷，阻止[Fe(CN)6]3-/4-到达电极表面，导致电流信号降低。
实施例6
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育30min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为100pM的Ni2+溶液滴加至实施例6制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育80min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为12.7μA。DNA2滴到电极表面，与DNA1碱基互补配对，由于亚甲基蓝靠近电极表面，增强了电子传递能力，增大了电流信号。
实施例7
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育70min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为100pM的Ni2+溶液滴加至实施例7制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育80min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为30.5μA。DNA2滴到电极表面，与DNA1碱基互补配对，由于亚甲基蓝靠近电极表面，增强了电子传递能力，增大了电流信号。
实施例8
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极，备用。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为1μM的Ni2+溶液滴加至实施例8制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育30min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为25.1μA。滴加Ni2+溶液后，DNA1链的催化核心区域被激活，导致DNA2链被剪切，带有亚甲基蓝的DNA2链片段离开电极表面，导致电流信号降低。
实施例9
本发明的一种用于灵敏检测痕量Ni2+的磁诱导自组装电化学生物传感器，其构建方法：
1)将磁性玻碳电极(MGCE)依次采用0.3μm和0.05μm的Al2O3粉末抛光至镜面，再依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗，干燥后得到清洁的MGCE备用；
2)将准备实例制备的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物超声分散于超纯水中，配制成浓度为20mg/mL的α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液，备用；
3)将8μL，浓度为20mg/mLα-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物悬浊液滴加至清洁好的MGCE表面，待液体干燥后，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极，备用。
4)将等体积的浓度为10mM的TCEP与浓度为100μM的巯基修饰的DNA1母液加到Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)中混匀，制得浓度为10μM的巯基修饰的DNA1溶液，备用；
5)将4)中8μL包含TCEP的巯基修饰的DNA1溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au修饰电极表面，37℃孵育2h，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1修饰电极，备用。
6)将5μL，体积分数为0.25％的BSA滴加到电极表面，封闭电极表面非特异性位点，阻止非特异性吸附，4℃孵育30min，得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极，备用。
7)用Tris-HCl缓冲液(50mM，pH 7.4，100mM NaCl)稀释100μM的亚甲基蓝修饰的DNA2母液，制得10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液，备用；
8)将7)中8μL的浓度为10μM的亚甲基蓝修饰的DNA2溶液滴加至MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA修饰电极表面，37℃孵育60min,得到MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极，备用。
检测时，将8μL，浓度为1μM的Ni2+溶液滴加至实施例9制得的MGCE/α-Fe2O3/Fe3O4-Au/DNA1/BSA/DNA2修饰电极表面，37℃孵育70min。
采用差分脉冲伏安法(DPV)在-0.1～0.7V范围内进行测试，测得DPV峰值电流为9.9μA。滴加Ni2+溶液后，DNA1链的催化核心区域被激活，导致DNA2链被剪切，带有亚甲基蓝的DNA2链片段离开电极表面，导致电流信号降低。
实施例1、实施例2、实施例3相比较，检测浓度均为10nM的Ni2+时，实施例1中，α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物浓度为20mg/mL时，电流值最大，为18.2μA；
实施例2中，α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物浓度为5mg/mL时，α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物数量过少，导电性较差，导致电流信号降低，为14.3μA；
实施例3中，α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物浓度为25mg/mL时，α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物数量过多，空间位阻大，导致电流信号降低，为9.2μA。因此，α-Fe2O3/Fe3O4-Au纳米复合物浓度为20mg/mL作为最优浓度。
实施例1、实施例4、实施例5相比较，检测浓度均为10μM的Ni2+时，随着巯基修饰的DNA1浓度增大，DPV电流响应减弱，一方面是因为是DNA1增多，空间位阻增大，另一方面是因为带负电荷的DNA1磷酸骨架与[Fe(CN)6]3-/4-探针之间静电斥力增大。当DNA1溶液浓度达到10μM时，电流值趋于平稳，DNA1溶液浓度继续增大，电流值基本不变，此时，DNA1在电极表面数量达到饱和状态。因此，以10μM作为最优浓度。
实施例1、实施例6、实施例7相比较，检测浓度均为100pM的Ni2+时，随着DNA2孵育时间延长，DPV电流信号先增大后趋于平稳，DNA2滴到电极表面，与DNA1碱基互补配对，由于亚甲基蓝靠近电极表面，增强了电子传递能力，增大了电流信号；DNA2孵育达到60min时达到饱和状态。因此，DNA2孵育时间为60min作为最优时间。
实施例1、实施例8、实施例9相比较，检测浓度均为1μM的Ni2+时，随着剪切时间延长，电流信号逐渐减小，在80min时，趋于稳定。滴加Ni2+溶液后，DNA1链的催化核心区域被激活，导致DNA2链被剪切，带有亚甲基蓝的DNA2链片段离开电极表面，导致电流信号降低。剪切时间为30min时，没有剪切完全，电流信号较大。因此，选择剪切时间为80min作为最优时间。
SEQUENCE LISTING
<110> 国家能源集团科学技术研究院有限公司
江苏大学
<120> 用于灵敏检测痕量镍离子的磁诱导自组装电化学生物传感器及其应用
<130> 20210611
<160> 1
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 71
<212> DNA
<213> artificial
<220>
<223> DNA1
<220>
<221> misc_feature
<222> (1)..(71)
<223> n=硫代磷酸酯键
<400> 1
cnancgtcca tctctgcagt cgggtagtta aaccgacctt cagacatagt gagtagcaaa 60
aaaaaaanan a 71
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