CN104263837A - 基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应检测水溶液中Hg2+和/或Ag+的方法 - Google Patents
基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应检测水溶液中Hg2+和/或Ag+的方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应检测水溶液中Hg2+和/或Ag+的方法,属于重金属离子的检测技术领域。本发明包括通过制备BPS包裹的金纳米粒子、设计核酸探针、信标分子的修饰和重金属离子Hg2+和/或Ag+的检测等步骤。本发明提供了一种基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的拉曼信号来检测水溶液中二价汞离子和/或银离子的方法,并且可以做到同时检测这两种离子,此种方法工作量少,节约成本,灵敏度高,方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应来同时检测水溶液中二价汞离子和/或银离子的方法,属于重金属离子的检测技术领域。
背景技术
二价汞离子和银离子是两种主要的有毒重金属离子,对环境有着严重的影响并且对人类的健康有着严重的危害。汞离子可以通过食物链富集并且不能通过代谢系统排出,可以引起心脏,肝,大脑,和其他器官的永久性损伤。并且,银离子对水生生物也有很大的毒性。对于汞离子和银离子的检测已经做出了很大的努力。传统的检测方法例如冷冻蒸发原子吸收光谱,色谱,和电感耦合等离子质谱光谱已经被广泛的应用。然而,这些方法费时费力并且成本高。由于汞离子和银离子可以特异性的结合胸腺嘧啶和腺嘌呤碱基形成很强很稳定的T-Hg2+-T 和 C-Ag+-C,近些年大量的基于DNA的汞离子和银离子检测方法被大量的发明。尽管这些传感方法有很高的灵敏度和特异性,但是大部分都是单重检测。然而汞离子和银离子在环境中经常同时存在,发明一种同时检测这两种离子的检测方法是很有必要的。由于简单的样品前处理方法和超高的灵敏度,表面增强拉曼光谱已经作为一种分析技术被广泛的应用于化学和生物传感。相比于广泛应用的荧光分析方法,在非特定的激光激发后,表面增强拉曼散射可以提供特殊分子的指纹图谱并且金属粒子周围的拉曼信标可以保持光稳定性。这些优点使表面增强拉曼散射成为荧光的一个很好的替代者,尤其在多重检测中。本发明建立了一种新的基于金纳米粒子组装后的表面增强拉曼散射光谱的生物传感器,是一种快速、灵敏、特异性的汞离子和银离子的多重检测法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应来同时检测水溶液中二价汞离子和/或银离子的方法。
本发明的技术方案,基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应来同时检测水溶液中二价汞离子和/或银离子的方法,具体步骤为:
(一)检测方法的建立
(1)二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐(BPS)包裹的20nm金纳米粒子的制备:取150mL锥形瓶和配套的转子,用新鲜配制的王水浸泡24h并用超纯水冲洗三次,烘干备用;取97.5mL的超纯水放入洗涤洁净的锥形瓶中,在瓶口盖上保鲜膜防止外界灰尘进入;然后将装好超纯水的瓶子放在可加热的磁力搅拌仪上,将温度调至450℃,调转速800 r/min,边加热边搅拌;2 min后加入2.5mL 4g/L的氯金酸溶液,继续加热至沸腾;迅速加入1.8mL 10mg/mL的柠檬酸三钠,观察溶液颜色变化,待溶液变为酒红色后将温度调至250℃继续煮沸20min;将加热完毕的溶液降至室温后浓缩十倍用超纯水重悬,加入二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐溶液至终浓度为10mg/mL,振荡过夜,8000r/min离心10 min,用0.5×TBE重悬,放置在4℃备用,BPS包裹后的Au纳米粒子记为AuNP;
(2)检测用的核酸探针的设计与合成:
巯基修饰的单链核酸探针:
DNA 1:5’-SH-TCAGACGTTT TTT-3’,
DNA 2:5’-SH-TCAGGATCCC CCC-3’,
DNA 3:5’-SH-TCAGAGCTTG CGTCATGAGA CGCTCCCCCC ATC -3’,
未做任何修饰的单链核酸探针:
DNA 4:5’-GTAGCGAGAT GACGCAAGCT-3’,
DNA 5:5’-AGCGTGAGGC TACTTTTTTC GT-3’,
首先制备金纳米粒子和核酸的偶联物:把AuNP分别和DNA1,DNA2,DNA3按摩尔终浓度为1︰1的比例混合在一起,反应1h后加入NaCl溶液至终浓度为50mM,混合均匀反应过夜;形成AuNP-DNA1,AuNP-DNA2,AuNP-DNA3;接下来DNA4与DNA5和 AuNP-DNA3按摩尔终浓度为2︰2︰1的比例混合,加入NaCl至终浓度为50mM,放置在95℃水浴锅中5 min,然后37℃放置8h,离心除去未杂交的DNA,即得到连有金纳米粒子的“Y”形DNA骨架AuNP-DNAY;
(3)信标分子的修饰:分别把AuNP-DNA1,AuNP-DNA2,AuNP-DNAY分别与终浓度为5μM的ATP,MATT,NTP信标混合,室温反应8h;然后将修饰了ATP的AuNP-DNA1和/或修饰了MATT的AuNP-DNA2与修饰了NTP的AuNP-DNAY按体积1︰1︰1或1︰1的比例混合,即制备得到检测用的拉曼探针溶液;
(二)重金属离子Hg2+和/或Ag+的检测
(4)Ag+ 的检测:25nM信标分子修饰过的AuNP-DNAY和AuNP-DNA2按体积1︰1混合,缓冲体系为0.5×TBE,终浓度为50mM的NaNO3 溶液;含不同浓度的Ag+水溶液(0-0.5ng/mL)加入到上述检测体系中,并在室温下反应1h,使Ag+诱导的DNA杂交反应进行完全,然后测定样品体系的拉曼信号;
(5)Hg2+的检测:检测方法和步骤(4)类似,只是将AuNP-DNA2换成AuNP-DNA1,Ag+ 溶液换成Hg2+溶液,即经过信标分子修饰的25nM的AuNP-DNAY和AuNP-DNA1按体积1︰1混合,缓冲体系为0.5×TBE,终浓度为50mM的NaNO3 溶液;含0-0.5ng/mL不同浓度的Hg2+水溶液加入到上述检测体系中,并在室温下反应1h,使Hg2+诱导的DNA杂交反应进行完全,然后测定样品体系的拉曼信号;
(6)Ag+ 和Hg2+同时检测:检测方法和步骤(4)类似,只是检测体系多添加AuNP-DNA1,并将Ag+溶液换成Ag+和Hg2+的混合溶液,即经过信标分子修饰的25nM的AuNP-DNAY与AuNP-DNA1和AuNP-DNA2按体积1︰1︰1混合,缓冲体系为0.5×TBE,终浓度为50mM的NaNO3 溶液;含0-0.5ng/mL不同浓度的Ag+和0-0.5ng/mL Hg2+水溶液加入到上述检测体系中,并在室温下反应1h,使Ag+和Hg2+诱导的DNA杂交反应进行完全,然后测定样品体系的拉曼信号。
Ag+ 和Hg2+的计算定量方法如表1所示。
表1
I1080:1080cm-1处的拉曼强度;
I1345:1345cm-1处的拉曼强度;
I1621:1621cm-1处的拉曼强度。
本发明的有益效果:本发明提供了一种基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的拉曼信号来检测水溶液中二价汞离子和/或银离子的方法,并且可以做到同时检测这两种离子,此种方法工作量少,节约成本,灵敏度高,方便快捷。
附图说明
图1 银离子和汞离子同时存在时,形成的金纳米粒子三聚体的透射电镜照片。
图2银离子和汞离子同时且等量存在时三种信标对应的表面增强拉曼光谱图。
图3 4-氨基苯硫酚在1080cm-1处的标准曲线。
图4 4-硝基苯硫酚在1345cm-1处的标准曲线。
图5 4-甲氧基苄硫醇在1621cm-1处的标准曲线。
具体实施方式
实施例1 Hg2+ 的检测
(1)20nm金纳米粒子的制备
取一个150mL锥形瓶和配套的转子用新配制的王水浸泡24h,然后用超纯水冲洗干净,烘干备用。在洗干净的锥形瓶中加入97.5mL的超纯水,放在磁力加热搅拌器上边加热边搅拌,加热温度调至450℃,加热过程中加入2.5mL 4g/L的氯金酸溶液,待溶液沸腾后加入1.8mL 10mg/mL的柠檬酸三钠溶液,观察溶液颜色变化。待溶液变为酒红色后调至250℃继续加热20min;将加热完毕的溶液降至室温后浓缩十倍用超纯水重悬,加入二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐溶液至终浓度为10mg/mL,振荡过夜,8000 r/min离心10min,用0.5×TBE重悬,放置在4℃备用,记为AuNP;
(2)检测用的核酸探针的设计与合成
其中DNA1、DNA3的5’端修饰巯基,目的是能与金纳米粒子偶联。DNA4,DNA5与Au-DNA3杂交形成“Y”字DNA骨架,在汞离子存在的情况下能与对应的Au-DNA1进行组装。所有核酸探针均由上海生工生物工程有限公司合成,其具体序列如下:
DNA 1:5’-SH-TCAGACGTTT TTT-3’,
DNA 3:5’-SH-TCAGAGCTTG CGTCATGAGA CGCTCCCCCC ATC-3’,
未做任何修饰的单链核酸探针:
DNA4:5’-GTAGCGAGAT GACGCAAGCT-3’,
DNA5:5’-AGCGTGAGGC TACTTTTTTC GT-3’;
(3)制备金纳米粒子与核酸的拉曼探针
首先是制备金纳米粒子与核酸的耦联物:将100μL AuNP分别和DNA1,DNA3按摩尔终浓度为1︰1的比例混合均匀,放置1h后,加入1μL 5M的氯化钠溶液至终浓度为50mM反应12h。反应结束后8000 r/min离心10 min去除上清,用0.5×TBE洗涤重悬2次,最终仍重悬在100μL 0.5×TBE缓冲液中,即可得到AuNP-DNA1、AuNP-DNA3。
然后将DNA4,DNA5,AuNP-DNA3按摩尔终浓度为2︰2︰1的比例混和,再加入氯化钠溶液至终浓度为50mM,放置在95℃水浴锅中水浴5min,关闭水浴锅将样品放置在水浴锅上方用水蒸气加热至自然冷却。然后继续反应8h,离心去除多余的未杂交的核酸,然后用0.5×TBE重悬,即得到AuNP-DNA Y拉曼检测探针。
信标分子的修饰:分别把AuNP-DNA1,AuNP-DNAY分别与终浓度为5μM的ATP,NTP信标混合,室温反应8h;然后将修饰了ATP的AuNP-DNA1与修饰了NTP的AuNP-DNAY按体积1︰1的比例混合,即为制备得到检测用的拉曼探针溶液;
(4)Hg2+ 的检测
在得到的AuNP-DNA Y拉曼检测探针溶液中加入终浓度为50mM的硝酸钠溶液,同时加入拉曼信标分子修饰过后的等体积的AuNP-DNA1溶液,混合均匀。
含有不同浓度(0-0.5 ng/mL)汞离子的水溶液加入到上述检测体系中,并在25℃下维持1h,使汞离子诱导的金纳米粒子组装完全进行。然后测量整个体系的拉曼光谱。
实施例2 Ag+ 的检测
(1)20nm金纳米粒子的制备:方法如实施例1所述。
(2)检测用的核酸探针的设计与合成:其中DNA2、DNA3的5’端修饰巯基,目的是能与金纳米粒子偶联。DNA4,DNA5与AuNP-DNA3杂交形成“Y”字DNA骨架,在汞离子存在的情况下能与对应的AuNP-DNA2进行组装。所有核酸探针均由上海生工生物工程有限公司合成,其具体序列如下:
DNA2:5’-SH-TCAGGATCCC CCC-3’,
DNA3:5’-SH-TCAGAGCTTG CGTCATGAGA CGCTCCCCCC ATC-3’,
未做任何修饰的单链核酸探针:
DNA4:5’-GTAGCGAGAT GACGCAAGCT-3’
DNA5:5’-AGCGTGAGGC TACTTTTTTC GT-3’
(3)制备金纳米粒子与核酸的拉曼探针:首先是制备金纳米粒子与核酸的耦联物:将100μL AuNP分别和DNA2,DNA3按摩尔终浓度为1︰1的比例混合均匀,放置1h后,加入1μL 5M的氯化钠溶液至终浓度为50mM反应12h。反应结束后8000 r/min离心10min去除上清,用0.5×TBE洗涤重悬2次,最终仍重悬在100μL 0.5×TBE缓冲液中,即可得到AuNP-DNA2、AuNP-DNA3。
然后将DNA4,DNA5,AuNP-DNA3按摩尔终浓度为2︰2︰1的比例混和,再加入氯化钠溶液至终浓度为50mM,放置在95℃水浴锅中水浴5min,关闭水浴锅将样品放置在水浴锅上方用水蒸气加热至自然冷却。然后继续反应8h,离心去除多余的未杂交的核酸,然后用0.5×TBE重悬,即得到AuNP-DNA Y拉曼检测探针。
信标分子的修饰:分别把AuNP-DNA2,AuNP-DNAY分别与终浓度为5μM的MATT,NTP信标混合,室温反应8h,然后将修饰了MATT的AuNP-DNA2及修饰了NTP的AuNP-DNAY按体积1︰1的比例混合,即为制备得到检测用的拉曼探针溶液;
(4)Ag+ 的检测
在得到的AuNP-DNA Y拉曼检测探针溶液中加入终浓度为50mM的硝酸钠溶液,同时加入拉曼信标分子修饰过的等体积的AuNP-DNA2溶液,混合均匀。
含有不同浓度(0-0.5ng/mL)银离子的水溶液加入到上述检测体系中,并在25℃下维持1h,使银离子诱导的金纳米粒子组装完全进行。然后测量整个体系的拉曼光谱。
实施例3 Hg2+和Ag+ 同时检测
(1)20nm金纳米粒子的制备:方法如实施例1所述。
(2)检测用的核酸探针的设计与合成:其中DNA1、DNA2、DNA3的5’端修饰巯基,目的是能与金纳米粒子偶联。DNA4,DNA5与AuNP-DNA3杂交形成“Y”字DNA骨架,在汞离子存在的情况下能与对应的AuNP-DNA1进行组装;在银离子存在的情况下能与对应的AuNP-DNA2进行组装。所有核酸探针均由上海生工生物工程有限公司合成,其具体序列如下:
DNA 1:5’-SH-TCAGACGTTT TTT-3’,
DNA2:5’-SH-TCAGGATCCC CCC-3’,
DNA3:5’-SH-TCAGAGCTTG CGTCATGAGA CGCTCCCCCC ATC-3’,
未做任何修饰的单链核酸探针:
DNA4:5’-GTAGCGAGAT GACGCAAGCT-3’,
DNA5:5’-AGCGTGAGGC TACTTTTTTC GT-3’,
(3)制备金纳米粒子与核酸的拉曼探针
首先是制备金纳米粒子与核酸的耦联物:将1μL 10μM的DNA1,DNA2, DNA3分别加入三管100μL 25nM的AuNP溶液中并混合均匀,放置1h后,加入1μL 5M的氯化钠溶液至终浓度为50mM反应12h。反应结束后8000 r/min离心10 min去除上清,用0.5×TBE洗涤重悬2次,最终仍重悬在100μL 0.5×TBE缓冲液中,即可得到AuNP-DNA1、AuNP-DNA2、AuNP-DNA3溶液。
然后将DNA4,DNA5,AuNP-DNA3按摩尔终浓度为2︰2︰1的比例混和,再加入氯化钠溶液至终浓度为50mM,放置在95℃水浴锅中水浴5min,关闭水浴锅将样品放置在水浴锅上方用水蒸气加热至自然冷却。然后继续反应8h,离心去除多余的未杂交的核酸,然后用0.5×TBE重悬。
信标分子的修饰:分别把AuNP-DNA1,AuNP-DNA2,AuNP-DNAY溶液分别与终浓度为5μM的ATP,MATT,NTP 信标混合,室温反应8h,然后将修饰了ATP的AuNP-DNA1、修饰了MATT的AuNP-DNA2及修饰了NTP的AuNP-DNAY按体积1︰1︰1的比例混合,即为制备得到检测用的拉曼探针溶液;
(4)Hg2+和Ag+ 同时检测
在得到的Au-DNA Y拉曼检测探针溶液中加入终浓度为50mM的硝酸钠溶液,同时加入拉曼信标分子修饰过的等量的AuNP-DNA1,AuNP-DNA2溶液,混合均匀。
含有不同浓度(0-0.5 ng/mL)银离子和汞离子的水溶液同时加入到上述检测体系中,并在25℃下维持1h,使银离子和汞离子诱导的金纳米粒子组装完全进行。然后测量整个体系的拉曼光谱。
Claims (1)
1.基于三重信标修饰的金纳米粒子三聚体的表面增强拉曼散射效应来同时检测水溶液中二价汞离子和/或银离子的方法,其特征在于步骤为:
(一)检测方法的建立:
(1)二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐BPS包裹的20nm金纳米粒子的制备:取150mL锥形瓶和配套的转子,用新鲜配制的王水浸泡24h并用超纯水冲洗三次,烘干备用;取97.5mL的超纯水放入洗涤洁净的锥形瓶中,在瓶口盖上保鲜膜防止外界灰尘进入;然后将装好超纯水的瓶子放在可加热的磁力搅拌仪上,将温度调至450℃、调转速800r/min,边加热边搅拌;2 min后加入2.5mL 4g/L的氯金酸溶液,继续加热至沸腾;迅速加入1.8 mL 10mg/mL的柠檬酸三钠,观察溶液颜色变化,待溶液变为酒红色后将温度调至250℃继续煮沸20min;将加热完毕的溶液降至室温后浓缩十倍用超纯水重悬,加入二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐溶液至终浓度为10mg/mL,振荡过夜,8000 r/min离心10min,用0.5×TBE重悬,放置在4℃备用,BPS包裹后的Au纳米粒子记为AuNP;
(2)检测用的核酸探针的设计与合成:
巯基修饰的单链核酸探针:
DNA 1:5’-SH-TCAGACGTTT TTT-3’,
DNA 2:5’-SH-TCAGGATCCC CCC-3’,
DNA 3:5’-SH-TCAGAGCTTG CGTCATGAGA CGCTCCCCCC ATC -3’,
未做任何修饰的单链核酸探针:
DNA 4:5’-GTAGCGAGAT GACGCAAGCT-3’,
DNA 5:5’-AGCGTGAGGC TACTTTTTTC GT-3’,
首先制备金纳米粒子和核酸的偶联物:把AuNP分别和DNA1,DNA2,DNA3按摩尔终浓度为1︰1的比例混合在一起,反应1h后加入NaCl溶液至终浓度为50mM,混合均匀反应过夜;形成AuNP-DNA1,AuNP-DNA2,AuNP-DNA3;接下来DNA4与DNA5和 AuNP-DNA3按摩尔终浓度为2︰2︰1的比例混合,加入NaCl至终浓度为50mM,放置在95℃水浴锅中5 min,然后37℃放置8h,离心除去未杂交的DNA,即得到连有金纳米粒子的“Y”形DNA骨架AuNP-DNAY;
(3)信标分子的修饰:分别把AuNP-DNA1,AuNP-DNA2,AuNP-DNAY分别与终浓度为5μM的4-氨基苯硫酚ATP,4-硝基苯硫酚MATT,4-甲氧基苄硫醇NTP信标混合,室温反应8h,然后将修饰了ATP的AuNP-DNA1和/或修饰了MATT的AuNP-DNA2与修饰了NTP的AuNP-DNAY按体积1︰1︰1或1︰1的比例混合,即制备得到检测用的拉曼探针溶液;
(二)重金属离子Hg2+和/或Ag+的检测:
(4)Ag+的检测:25nM经过信标分子修饰的AuNP-DNAY和AuNP-DNA2按体积1︰1混合,缓冲体系为0.5×TBE,终浓度为50mM的NaNO3 溶液;含0-0.5ng/mL不同浓度的Ag+水溶液加入到上述检测体系中,并在室温下反应1h,使Ag+诱导的DNA杂交反应进行完全,然后测定样品体系的拉曼信号;
(5)Hg2+的检测:检测方法和步骤(4)类似,将AuNP-DNA2换成AuNP-DNA1,Ag+ 溶液换成Hg2+溶液,即经过信标分子修饰的25nM的AuNP-DNAY和AuNP-DNA1按体积1︰1混合,缓冲体系为0.5×TBE,终浓度为50mM的NaNO3 溶液;含0-0.5ng/mL不同浓度的Hg2+水溶液加入到上述检测体系中,并在室温下反应1h,使Hg2+诱导的DNA杂交反应进行完全,然后测定样品体系的拉曼信号;
(6)Ag+和Hg2+同时检测:检测方法和步骤(4)类似,只是检测体系多添加AuNP-DNA1,并将Ag+溶液换成Ag+和Hg2+的混合溶液,即经过信标分子修饰的25nM的AuNP-DNAY与AuNP-DNA1和AuNP-DNA2按体积1︰1︰1混合,缓冲体系为0.5×TBE,终浓度为50mM的NaNO3 溶液;含0-0.5ng/mL不同浓度的Ag+和0-0.5ng/mL Hg2+水溶液加入到上述检测体系中,并在室温下反应1h,使Ag+和Hg2+诱导的DNA杂交反应进行完全,然后测定样品体系的拉曼信号。
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