CN104062333A - 一种基于dna酶催化作用的1-萘酚电化学测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于DNA酶催化作用的1-萘酚电化学测定方法，本发明属于分析化学和DNA生物传感器技术领域，涉及一种基于类过氧化物酶链G-DNA修饰电极在双氧水体系中催化氧化1-萘酚并实现对1-萘酚的检测。具体的以金电极为载基，将巯基修饰的含G结构的DNA修饰到电极表面，并将其浸没到含K+及hemin溶液的体系中使其形成具有类过氧化物酶催化活性的G-DNA结构，通过在电极表面催化双氧水氧化1-萘酚引起的阻抗变化从而实现对1-萘酚的检测。该电化学DNA生物传感器制备方法简单，检测周期短，响应时间快，稳定性好且具有高灵敏等优点。
Description
技术领域
本发明属于分析化学和DNA生物传感器技术领域，涉及一种类过氧化物酶链G-DNA修饰的电化学生物传感器催化双氧水氧化1-萘酚及对1-萘酚的检测方法，此方法能快速实现对水中1-萘酚的检测。
背景技术
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)由于其典型的“致癌”、“致畸”和“致突变”作用而引起人们的极大关注。萘作为挥发性最高的PAHs，无论是在一般人群还是在职业暴露环境人群中的浓度均高于其它PAHs。萘进入人体后会在体内的酶的活化作用下代谢为1-萘酚，研究发现1-萘酚的细胞毒性要比萘更强，在体内会引起DNA突变，诱发癌症等恶性疾病，对人类的健康危害极大。在工业上，1-萘酚用途非常广泛，是合成医药、染料、香料、合成橡胶抗氧剂、农药的原料，还是西维因农药的水解产物。进入环境中的1-萘酚会对环境造成污染，是一类重要的环境污染物，因此也是灌溉水、自来水和井水环境监测的重要项目。到目前为止，用于1-萘酚的分析检测方法有很多种，如红外光谱法、双波长紫外分光光度法、直接荧光光度法、毛细管区带电泳法、共振光散射法、催化光度法、示差脉冲伏安法、固相微萃取-气相色谱法、高效液相色谱法、免疫检测法等，这些传统的萘酚检测方法存在仪器设备昂贵、需专业技术人员操作、操作费时、样本需要衍生处理和不能实现在线监测等缺陷，因此建立检测1-萘酚新方法有着重要的现实意义。
随着电化学技术和生物传感技术的发展，DNA生物传感器作为一种新型的检测技术越来越多的应用于检测环境污染物，如Yang等采用酸变性单链DNA修饰的玻碳电极实现了1-萘酚的检测，这种基于鸟嘌呤氧化电流为信号的DNA生物传感器对1-萘酚具有较高的灵敏性。但是到目前为止，应用DNA生物传感器对萘酚的检测还比较少，其检测的基础主要是基于DNA与萘酚分子间的非特异性相互作用，因此开发具有特殊结构DNA的生物传感器实现对1-萘酚检测具有十分重要的意义。研究发现，G-DNA是一类特殊的富含鸟嘌呤(G)的DNA片段，与hemin作用后形成的G-DNA结构具有类过氧化物酶的催化活性，该G-DNA结构具有催化双氧水的特性，且响应时间快，专一性高。基于G-DNA的这一特性，Liu课题组通过设计含G-DNA序列的凝血酶及ATP的适体链，在凝血酶及ATP小分子诱导下形成G-DNA结构，根据G-DNA催化双氧水的还原电流而实现了对凝血酶及ATP的检测。但是到目前为止，应用G-DNA催化双氧水氧化的作用对1-萘酚化合物的检测还未见报道，而与DNA修饰固体电极式传感器方法相比，此法检测的响应速度明显提高。
综上所述，建立、完善和发展1-萘酚污染物的分析方法是分析化学和环境化学的热点研究课题，具有重要的研究意义。同时开发一种新的高灵敏、低成本的检测方法对完善现有检测技术手段亦具有重要意义和较好的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DNA酶催化作用的1-萘酚电化学测定方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于DNA酶催化作用的1-萘酚电化学测定方法，包括以下步骤：
1)电极的预处理与活化：
将直径为1mm的金电极在鹿皮抛光布上用直径为0.05～2μm的膏状α-Al2O3抛光至镜面，抛光后洗去表面污物，并依次在乙醇和超纯水中超声清洗，每次2～3min，重复三次；然后在0.1～2.0mol/L H2SO4溶液中经循环伏安扫描至稳定，最后用超纯水冲洗干净，氮气吹干，得到表面干净的金电极；
2)G-DNA溶液的配制：
将固体G-DNA序列用5～50mM Tris-NaClO4缓冲溶液溶解，用漩涡振荡器混匀，静置于室温下4h备用；
3)G-DNA修饰电极的制备：
将上述步骤1)活化处理的金电极浸泡在上述步骤2)配制的G-DNA溶液中，静置于室温下。巯基修饰的G-DNA通过Au-S键作用自组装于金电极表面，从而得到G-DNA修饰电极。
4)酶活性G-DNA修饰电极的制备：
将上述步骤3)制备的G-DNA修饰的金电极依次浸泡在Tris-NaClO4缓冲溶液配制的KClO4、hemin溶液中各1h，从而得到具有类过氧化物酶催化活性的G-DNA酶修饰电极。
优选地，上述步骤2)中所述G-DNA序列中形成G-DNA结构部分的碱基数为17。
优选地，上述步骤2)中所述G-DNA浓度为1-10μM。
优选地，上述步骤4)中所述K+浓度为2-40mM。
优选地，上述步骤4)中所述hemin浓度为1-20μM。
本发明中，所使用的G-DNA序列是本领域人员所熟悉的，其获得可以通过供应商获得。
本发明的另一方面，涉及应用如上述制备方法得到的G-DNA修饰电极对1-萘酚的检测方法，其具体检测方法为：以铂丝电极为对电极，银/氯化银(饱和KCl溶液)为参比电极，以G-DNA修饰的金电极为工作电极构筑三电极体系，先将G-DNA修饰电极在K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]溶液中进行电化学阻抗测量，测完后用Tris-NaClO4缓冲溶液淋洗，然后置于缓冲溶液配制的不同浓度的含过氧化氢的1-萘酚溶液中，再进行电化学阻抗测定，比较作用前后阻抗值的变化。
与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
1.本发明所采用的G-DNA修饰电极，与传统的酶修饰电极相比具有成本较低的优势；
2.本发明所采用的G-DNA修饰电极是通过金-硫键作用将G-DNA自组装于金电极表面，与传统的酶修饰电极相比具有稳定性高的优势；
3.本发明所采用的G-DNA修饰电极具有高催化活性、高专一性的优点；
4.本发明所制备的G-DNA修饰电极对1-萘酚的检测具有灵敏性高、响应速度快等特点。
附图说明
图1为金电极及G-DNA修饰的金电极的阻抗谱图；
图2为使用本发明的G-DNA修饰电极分别与K+、hemin、1mM1-萘酚作用前后的尼奎斯特阻抗谱图：G-DNA膜(○)，与K+作用(●)；与hemin作用(◆)；与1-萘酚作用(■)；其中，横坐标代表电化学阻抗的实部(电阻)，单位为Ω·cm2，纵坐标代表电化学阻抗的虚部(电容)，单位为Ω·cm2；
具体实施方式
以下实施实例对本发明做更详细的描述，但所述实施不构成对本发明的限制。
实施例1
1)将金电极在鹿皮抛光布上用0.05μm的α-Al2O3粉末抛光至镜面，抛光后先洗去表面污物，并依次在乙醇和去离子水中超声清洗，每次2～3min，重复三次；然后在1mol/L H2SO4溶液中经循环伏安扫描至稳定，最后用去离子水冲洗干净，氮气吹干，即可得到表面干净的金电极；
2)将活化处理的金电极浸泡在预先配制的1μM的G-DNA溶液中，静置于室温下3-5天，即得到G-DNA修饰电极；
3)将G-DNA修饰电极浸泡在Tris-NaClO4缓冲溶液(20mM，pH＝7.4)配制的20mM的KClO4、1μM的hemin溶液中各1h，得到具有酶催化活性的G-DNA修饰电极
实施例2
将制备的G-DNA修饰电极依次浸泡在Tris-NaClO4缓冲溶液配制的KClO4、hemin溶液中各1h得到的具有酶催化活性的G-DNA修饰电极作为工作电极，以Ag/AgCl(饱和KCl溶液)电极为参比电极，铂电极为对电极构筑三电极体系，应用PARSTAT2273电化学综合测试系统对Tris-NaClO4配制的浓度分别为5nmol/L、10nmol/L、50nmol/L、100nmol/L、150nmol/L、200nmol/L及500nmol/L的1-萘酚溶液中(含双氧水浓度为5μM)分别进行电化学阻抗测定。
表1G-DNA修饰电极与1-萘酚作用后的电化学阻抗变化(ΔRCT)
实施例3
以10mM的KClO4、0.5μM的hemin溶液分别代替实施例1中的20mM的KClO4、1μM的hemin溶液，其它条件同实施例1，应用PARSTAT2273电化学综合测试系统进行电化学阻抗测定。
表2G-DNA修饰电极与1-萘酚作用后的电化学阻抗变化(ΔRCT)
实施例4
以10μM的双氧水溶液代替实施例2中的5μM的双氧水溶液，其它条件同实施例1，应用PARSTAT2273电化学综合测试系统进行电化学阻抗测定。
表3G-DNA修饰电极与1-萘酚作用后的电化学阻抗变化(ΔRCT)
Claims (7)
1.一种基于DNA酶催化作用的1-萘酚电化学测定方法，其特征在于包括以下步骤：
1)电极的预处理与活化：
将直径为1mm的金电极在鹿皮抛光布上用直径为0.05～2μm的膏状α-Al2O3抛光至镜面，抛光后洗去表面污物，并依次在乙醇和超纯水中超声清洗，每次2～3min，重复三次；然后在0.1～2.0mol/L H2SO4溶液中经循环伏安扫描至稳定，最后用超纯水冲洗干净，氮气吹干，得到表面干净的金电极；
2)G-DNA溶液的配制：
将固体G-DNA序列用5～50mM Tris-NaClO4缓冲溶液溶解，用漩涡振荡器混匀，静置于室温下4h备用；
3)G-DNA修饰电极的制备：
将上述步骤1)活化处理的金电极浸泡在上述步骤2)配制的G-DNA溶液中，静置于室温下。巯基修饰的G-DNA通过Au-S键作用自组装于金电极表面，从而得到G-DNA酶修饰电极。
4)酶活性G-DNA修饰电极的制备：
将上述步骤3)制备的G-DNA修饰的金电极依次浸泡在Tris-NaClO4缓冲溶液配制的KClO4、hemin溶液中各1h，从而得到具有类过氧化物酶催化活性的G-DNA修饰电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于DNA酶催化作用的1-萘酚电化学测定方法，其特征在于：所述Tris-NaClO4缓冲溶液中KClO4浓度为2～20mM，hemin浓度为1～50μM。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所使用的G-DNA为5′端含双硫修饰的共26个碱基的单链DNA序列，共包含两部分：靠近G-DNA的5′端1～9的胸腺嘧啶碱基为柔性间隔基团及可以形成G-DNA结构的10～26碱基部分。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述G-DNA的浓度为1～10μM。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：G-DNA的部分碱基数目为17。
6.一种应用如权利要求1-4中任一项所述制备方法得到的G-DNA修饰电极对1-萘酚检测的方法，其特征在于具体步骤为：以铂丝电极为对电极，银/氯化银(饱和KCl溶液)为参比电极，以G-DNA修饰金电极为工作电极构筑三电极体系，先将G-DNA修饰电极在K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]溶液中进行电化学阻抗测量，测完后用Tris-NaClO4缓冲溶液淋洗，然后置于缓冲溶液配制的不同浓度梯度的含过氧化氢的1-萘酚溶液中20min，然后再进行电化学阻抗测定，比较作用前后阻抗值的变化。
7.如权利要求6所述的G-DNA修饰的金电极在水中对1-萘酚的检测。
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