CN105092683B - 一种用于检测铅的电化学传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种用于检测铅的电化学传感器及其制备方法和应用，该电化学传感器包括玻碳电极、信号放大装置、响应探针和目标探针，玻碳电极的检测端表面修饰有有序介孔碳，并沉积有纳米金颗粒，巯基修饰的捕获探针吸附在纳米金颗粒上；信号放大装置包括沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳，沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳上吸附有亚甲基蓝，响应探针通过巯基吸附在信号放大装置的纳米金颗粒上；响应探针的核苷酸序列为脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合体的核苷酸序列。其制备方法包括修饰玻碳电极、制备信号放大装置和配制响应探针和目标探针溶液。本发明电化学传感器应用于检测水体中的铅离子，具有简化操作、快速响应、高灵敏度、高检测精度及较强抗干扰性等优势。

Description

一种用于检测铅的电化学传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其涉及一种用于检测铅的电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

目前，测定环境中的污染物的方法主要有色谱法、紫外分光法、同步荧光光谱法、分光光度法、导数光度法、流动注射分析法等。这些方法都存在前处理复杂、耗时长、样品基体效应大、分析周期长等缺陷，对仪器和工作人员的操作水平均具有较高的要求，很难在中小型企业中推广应用。例如：采用分光光度法检测污染物时，由于对底物浊度的要求和光干扰物质的影响，限制了其精确性和使用范围；而采用液相和气相色谱法检测，检测前需要对样品进行分离，分离过程通常需要预处理，操作步骤比较繁琐和耗时，检测仪器相对昂贵，且不便携带，不能进行实时检测。

电化学生物传感器是基于生物有机成分(如酶、抗体、核酸、细胞、微生物等)，对待检物质进行专一的识别，产生的信号经过信号传导器转变为电信号、光信号，进而定量检测出待测物质的一项新技术。运用电化学生物传感器来检测环境中的重金属、病原微生物、有害有机物具有特异性强、检测灵敏度高、检测效率高、成本低廉的特点，因此成为了环境保护工作中的一个研究热点。

目前，科研人员通过利用各种新型材料修饰电化学传感器以提高电化学生物传感器的稳定性、重复性以及结构的可靠性。制作电化学DNA传感器的关键是如何高效地在金上固定DNA探针，并保持其的活性是传感器能够检测的前提。通常DNA探针在金表面固定的方法有通过修饰DNA探针与不修饰DNA探针直接固定两种方法。这些方法均存在固定不牢固、固定中使用各种亲和物质影响DNA的活性、以及容易使用到对环境有害的物质等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制作简单、稳定性好、灵敏度和检测精度高，抗环境中其他常见的重金属离子干扰的能力强的电化学传感器，还相应提供一种电化学生物传感器的制备方法，以便通过一种工艺简单、制作迅速的制备方法使固定的DNA探针具有更好的稳定性和高活性的保持；在此基础上，还提供一种前述电化学传感器的应用，能够以简化操作、快速响应、高检测精度及较强抗干扰性强等特点实现对水体中铅的高效检测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供了一种用于检测铅的电化学传感器，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极、信号放大装置、响应探针和目标探针；所述玻碳电极的检测端表面修饰有有序介孔碳，所述有序介孔碳上沉积有纳米金颗粒，巯基修饰的捕获探针吸附在所述纳米金颗粒上；所述信号放大装置包括沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳，所述沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳上吸附有亚甲基蓝，所述响应探针通过巯基吸附在所述信号放大装置的纳米金颗粒上；所述响应探针的核苷酸序列为脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合体的核苷酸序列。

前述的电化学传感器中，所述响应探针与所述巯基修饰的捕获探针通过互补配对形成双链结构，所述目标探针与所述响应探针通过互补配对形成双链结构。当目标探针能与响应探针通过互补配对反应产生双链后，与水体中铅离子接触时，目标探针与铅离子反应使得双链断链，响应探针部分核苷酸序列在脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合处断链，部分响应探针通过巯基修饰在信号放大装置上，将修饰了部分响应探针的信号放大装置滴加到玻碳电极上并与捕获探针通过互补配对反应产生双链，从而产生可供检测的电化学信号。

前述的电化学传感器中，进一步的，所述巯基修饰的捕获探针为可与所述响应探针中的脱盐核糖核酸通过互补配对连接的探针；所述目标探针为可与所述响应探针互补配对连接的探针。

前述的电化学传感器中，进一步的，所述响应探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.1所述的核苷酸序列；所述目标探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.2所述的核苷酸序列；所述巯基修饰的捕获探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.3所述的核苷酸序列。

作为本发明的同一技术构思，本发明还提供了上述的用于检测铅的电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、将有序介孔碳进行羧化处理，然后滴加到玻碳电极的检测端表面得到有序介孔碳修饰的玻碳电极；

S2、将纳米金粒子电沉积在所述有序介孔碳修饰的玻碳电极的检测端表面得到纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极；

S3、将所述纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极插入巯基修饰的捕获探针中，使所述巯基修饰的捕获探针通过静电吸附在纳米金上；然后插入巯基乙醇溶液中，使巯基乙醇封闭未被吸附的纳米金；

S4、制备负载纳米金颗粒的有序介孔碳，将所述负载有纳米金颗粒的有序介孔碳与亚甲基蓝混合得到信号放大装置；

S5、配制响应探针溶液和目标探针溶液，完成电化学传感器的制备。

前述的制备方法中，进一步的，所述步骤S4中所述负载纳米金颗粒的有序介孔碳的制备方法为：向有序介孔碳中加入氯金酸溶液，然后逐滴加入抗坏血酸溶液得到负载纳米金颗粒的有序介孔碳；所述有序介孔碳与所述氯金酸溶液中的氯金酸、所述抗坏血酸溶液中的抗坏血酸的质量比为1∶0.02～0.05∶0.44。

前述的制备方法中，进一步的，所述负载纳米金颗粒的有序介孔碳与亚甲基蓝溶液的质量比为3∶0.1～0.5。进一步优选的，所述负载纳米金颗粒的有序介孔碳与亚甲基蓝溶液的质量比为3∶0.25。

前述的制备方法中，进一步的，所述亚甲基蓝的浓度为4.5mg/L～5.5mg/L。

前述的制备方法中，进一步的，所述步骤S1具体为：

S1-1：将有序介孔碳浸入过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中超声3小时以上，然后洗涤至中性、过滤、真空干燥得到羧化有序介孔碳，所述过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中过氧化氢和浓硫酸的体积比为1∶2～4；

S1-2：所述羧化有序介孔碳超声分散到N,N-二甲基甲酰胺溶液中制成浓度为0.5mg/mL～1.0mg/mL的悬浮液。

前述的制备方法中，进一步的，所述有序介孔碳的制备方法包括以下步骤：将嵌段共聚物P123置于盐酸中溶解，然后逐滴加入正硅酸乙酯，在30℃～35℃水浴中搅拌，得到混合溶液；将所述混合溶液在140℃～150℃温度下水浴加热，然后抽滤、洗涤至中性、风干、焙烧得到硅基分子筛SBA-15；将所述硅基分子筛SBA-15与水、蔗糖、浓硫酸混合得到混合物，将所述混合物置于100℃～160℃温度下干燥直至混合物变为黑色，然后将黑色的混合物置于惰性气体保护下进行热解得到热解产物，用NaOH溶液去除所述热解产物中的二氧化硅分子筛模板，过滤、洗涤、干燥得到有序介孔碳。

作为本发明的同一技术构思，本发明还提供了一种前述的电化学传感器或前述制备方法制得的电化学传感器在检测铅中的应用，包括以下步骤：

(1)将目标探针与信号放大装置上的响应探针反应，使所述目标探针与所述响应探针形成双链；

(2)将信号放大装置与待测溶液反应使得双链断裂，同时，所述响应探针的部分核苷酸链断裂得到修饰有部分响应探针的信号放大装置；

(3)将所述修饰有部分响应探针的信号放大装置滴加在玻碳电极的检测端表面，使信号放大装置上的部分响应探针与玻碳电极检测端表面的捕获探针进行互补配对形成双链，然后接入三电极系统的电解池中检测电流值，根据铅离子的浓度与电流值建立线性回归方程：

Y＝–(16.332±0.421)–(1.005±0.052)χ

其中，Y为对铅离子检测时的电流平均值，单位为μA；χ为待测溶液中铅离子的浓度值的自然对数；最低检测浓度为1.0×10^-14M。

前述的应用中，进一步的，所述电解池中的电解质溶液为pH 5.5～9.0的Tris-HCl缓冲液。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用纳米金粒子和有序介孔碳修饰玻碳电极，以纳米金/有序介孔碳多层材料组合方式修饰在玻碳电极检测端表面，优化了反应端表面的微观结构。其中有序介孔碳因为具有高电子传导性，能提供大比表面积等优点，是一种优秀信号传递媒介，可以改善电化学传感器的灵敏度；纳米金粒子对生物分子有很好的亲和能力和生物相容性，能够显著提高生物传感器和待测溶液间电子的转移速度，能够快速获得稳定的响应电流。本发明的电化学传感器利用材料本身具有的特性，能够提高检测的高效性与灵敏性。

2、本发明电化学传感器装配了信号放大装置，该信号放大装置中亚甲基蓝吸附在负载纳米金颗粒的有序介孔碳上，亚甲基蓝对于单链脱氧核苷酸序列中的碱基鸟嘌呤具有特殊亲和力，具体为脱氧核苷酸序列的骨架呈阴离子状态，与带有正电荷的亚甲基蓝通过静电作用结合，另外，亚甲基蓝也能嵌插与双链脱氧核苷酸序列中；介孔碳材料具有较大的比表面积与孔径，对纳米金颗粒和亚甲基蓝吸附力强，介孔材料与纳米金颗粒都具有导电性，介孔材料上吸附的纳米金颗粒能够传递反应产生的电流，吸附的纳米金颗粒越多，电流强度越大，从而具有信号放大作用。与其他传感器相比较，本发明的电化学传感器能够将反应产生的电信号放大，使得检测范围更大，最低检测限更低。

3、本发明提供的用于检测铅的电化学传感器，充分考虑了有序介孔碳、纳米金、亚甲基蓝以及DNA各自的性质，并利用它们形成的复合膜，具有高灵敏、快速响应、高检测精度及较强抗干扰性等特性。

4、本发明提供了一种用于检测铅的电化学传感器的制备方法，工艺简单、制作迅速，并使固定的DNA探针具有更好的稳定性和高活性的保持。

5、本发明提供的一种电化学传感器在检测铅离子中的应用，操作简便，高效，检测成本低，为水体中铅的监测和控制过程提供一种有效的分子生物学检测方法。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的电化学传感器的结构及制备流程图。

图2为实施例1的有序介孔碳修饰的玻碳电极检测端表面的扫描电镜图。

图3为实施例1的纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极检测端表面的扫描电镜图。

图4为用差分脉冲伏安法检测不同浓度的铅得到的电流变化曲线图。

图5为铅含量与电流变化的线性回归图。

图6为电化学传感器的选择性对比图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，其中CHI760B电化学系统购于上海辰华仪器公司。

实施例1

参见图1，一种用于检测铅离子的电化学传感器，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极、信号放大装置、响应探针和目标探针。

其中，玻碳电极的检测端表面修饰有有序介孔碳，有序介孔碳上沉积有纳米金颗粒，纳米金颗粒上连接有巯基修饰的捕获探针。

信号放大装置包括负载纳米金颗粒的有序介孔碳，沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳上吸附有亚甲基蓝。

响应探针通过巯基修饰在信号放大装置上，响应探针的核苷酸序列为脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合体的核苷酸序列。响应探针中的脱盐核糖核酸可与玻碳电极上的捕获探针通过互补配对形成双链结构；响应探针中的核苷酸腺苷部分可与目标探针通过互补配对形成双链结构。

响应探针的核苷酸序列为具有SEQ ID NO.1所述的核苷酸序列，具体为：

5′-NH₂-T8ACTCACTAT rA GGAAGAGATG-T12-HS-3′。

目标探针的核苷酸序列为具有SEQ ID NO.2所述的核苷酸序列，具体为：

5′-CATCTCTTCTCCGAGCCGGTCGAAATAGTGAGT-3′。

巯基修饰的捕获探针的核苷酸序列为具有SEQ ID NO.3所述的核苷酸序列，具体为：

5′-HS-ATAGTGAGTAAA-3′。

当采用实施例1的电化学传感器检测待测溶液时，目标探针与信号放大装置上响应探针通过互补配对反应产生DNA双链。其中响应探针上的3’端的“GTAGAGAAG”与目标探针5’端的“CATCTCTTC”进行互补配对，响应探针上的5’端的“ACTCACTAT”与目标探针3’端的“TGAGTGATA”进行互补配对。

如果待测溶液中存在铅离子，目标探针与铅离子反应使得双链断链，同时响应探针部分核苷酸序列在脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合处(即rA处)断链，此时，响应探针5’端的“TTTACTCACTAT”通过金硫键仍然留在信号放大装置上，而3’端的“GGAAGAGATG-T12”随着目标探针一起与信号放大装置分开。

将修饰了部分响应探针的信号放大装置滴加到玻碳电极上并与捕获探针通过互补配对反应产生DNA双链，从而产生可供检测的电化学信号。其中捕获探针上的3’端的“AAATGAGTGATA”与响应探针5’端的“TTTACTCACTAT”进行互补配对。由于电流变化的大小与DNA双链合成程度有关，而DNA双链合成程度又与铅离子的浓度有关，当目标探针与响应探针进行互补配对后，与铅发生反应，响应探针在脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合处(即rA处)断链，信号放大装置上固定的部分响应探针5’端的“TTTACTCACTAT”能与固定在电极上的捕获探针通过互补配对形成双链产生电流，并将电流信号放大，此时铅反应产生断裂的响应探针越多，部分响应探针继续与捕获探针通过互补配对形成双链数量越多，产生的电流就越大，本发明根据电流变化的原理制备电化学传感器，可有效检测水体中铅离子的浓度。

实施例2

一种实施例1的电化学传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

1、制备有序介孔碳：

1.1、介孔硅模板SBA-15的合成：将8.0g嵌段共聚物Pluronic P123置于盐酸溶液中(盐酸溶液由270g的H₂O和320mL、1.54M的盐酸混配而成)中，于35℃水浴中(水浴温度为30～35℃均可实施)搅拌直至P123溶解，然后逐滴加入17g正硅酸乙酯(TEOS)，在35℃下搅拌20h，得到混合溶液；将混合溶液转移至反应釜中，在140℃温度下水浴加热24h(水浴温度为140℃～150℃均可实施)，然后进行抽滤取滤液，将滤液用蒸馏水洗涤至中性，进行干燥得到白色粉末。将白色粉末放入箱式电阻炉中焙烧中，控制升温速率为l℃/min，在550℃空气中焙烧4h，去除其中的模板剂，得到焙烧产物。将焙烧产物研磨即得硅基分子筛SBA-15粉末。

1.2、合成有序介孔碳：取1g上述制得的硅基分子筛SBA-15粉末、5mL水、1.25g蔗糖和0.14g浓H₂SO₄混合得到混合物，将混合物置于箱式电阻炉中并在100℃温度下保持6h，然后将温度升高至160℃，再保温6h，使混合物的颜色成为黑色；然后将黑色的混合物于氮气流保护下在900℃的石英管式炉中进行热解，并使蔗糖碳化，热解6h后得到热解产物(热解产物为碳化聚合物)，用3M NaOH溶液充分去除热解产物中的二氧化硅分子筛模板，过滤出来之后用超纯水洗涤至中性，干燥后即获得有序介孔碳(OMC)。

2、玻碳电极预处理：

2.1、将玻碳电极(GCE)表面抛光，然后用水冲洗玻碳电极表面，再依次用硝酸、丙酮、超纯水进行超声清洗，最后再用pH为7.4，浓度为10mM的Tris-HCl缓冲液(Tris-HCl缓冲液中含有1.0M的KCl的)冲洗，自然晾干。

2.2、：将有序介孔碳浸入过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中(过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中过氧化氢和浓硫酸的体积比为1∶3，本实施例中体积比为1∶2～4均可实施)，在温度为50℃下超声3h，然后分别用超纯水与无水乙醇清洗至中性，抽滤，在温度为60℃中真空干燥24h，得到羧化有序介孔碳。

3、有序介孔碳修饰的玻碳电极的制备：将羧化有序介孔碳放入N,N-二甲基甲酰胺中制备成浓度为1.0mg/mL的悬浮液，然后将悬浮液滴加到玻碳电极的检测端表面，得到有序介孔碳修饰的玻碳电极，在常温下风干。

4、电沉积纳米金粒子：采用电化学沉积法将纳米金粒子(GNPs)沉积在有序介孔碳修饰的玻碳电极的检测端表面得到纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极，具体步骤为：

往5mL的质量分数为1％的HAuCl₄水溶液中加入200μL的高氯酸配成混合溶液，将有序介孔碳修饰的玻碳电极放入前述的混合溶液中进行电流-时间曲线(I-T)法扫描，电化学沉积法的初始电位为0V，采样间隔为0.1s，时间30～100s，得到纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极，晾干备用。

5、修饰捕获探针：将纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极插入浓度为1.0μM的捕获探针中(捕获探针为具有SEQ ID NO.3所述的核苷酸序列)，捕获探针通过化学与静电吸附在纳米金上；然后插入浓度为2.0mM的巯基乙醇溶液中，使巯基乙醇封闭未被吸附的纳米金。

6、制备信号放大装置：

6.1、称取0.1g有序介孔碳材料(OMC)悬浮在10mL pH为4的1.0mM氯金酸溶液中，得到悬浮液；在氮气氛围下，向该悬浊液中逐滴加入25mL 0.01M抗坏血酸溶液，搅拌30min，过滤之后用超纯水洗涤至中性，最后于35℃真空干燥，得到负载纳米金颗粒的有序介孔碳(GNPs/OMC)。

6.2、按质量比为3∶0.25，将负载纳米金颗粒的有序介孔碳与亚甲基蓝(MB)溶液搅拌混合，其中亚甲基蓝的浓度为5mg/L(亚甲基蓝的浓度为4.5～5.5mg/L均可实施)，干燥后，得到信号放大装置(MB/GNPs/OMC)。

7、配制响应探针(响应探针为具有SEQ ID NO.1所的述核苷酸序列)溶液。

8、配制浓度为2μM目标探针(目标探针为具有SEQ ID NO.2所述的核苷酸序列)溶液，完成电化学传感器的制备。

分别将步骤3中制备得到的有序介孔碳修饰的玻碳电极和步骤4中制备得到的纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极进行电镜扫描，扫描结果参见图2、3。

从图2、3中可以看出：玻碳电极检测端表面修饰有有序介孔碳(图2)，金纳米粒子沉积在有序介孔碳修饰的玻碳电极的检测端表面(图3)。

实施例3

实施例1的电化学传感器在检测铅离子中的应用，具体的检测方法具体包括以下步骤：

(1)将响应探针与信号放大装置制备成响应探针浓度为2μM的溶液，在4℃下过夜，离心去除没被吸附的响应探针后，重新分散，得到响应探针修饰的信号放大装置。

(2)按体积比为1∶1，取浓度为2μM的目标探针与步骤(1)中得到的巯基修饰的响应探针修饰的信号放大装置反应30min(反应时间为10～50min均可实施)后，得到由DNA双链修饰的信号放大装置(S2/S1/MB/GNPs/OMC)。

(3)往步骤(2)中得到的DNA双链修饰的信号放大装置中加入含铅的待测溶液反应30min(反应时间为10～50min均可实施)，离心重新分散，得到部分响应探针浓度为1μM的部分响应探针修饰的信号放大装置(S1’/MB/GNPs/OMC)。

(4)将步骤(3)中得到的部分响应探针修饰的信号放大装置滴在装配好的电化学传感器的玻碳电极的检测端表面，37℃下反应60分钟，接入三电极系统的电解池中，以pH为7.4的Tris-HCl作为电解质溶液，检测电流值。

图4是铅离子浓度分别为0M(a)、1.0×10^-14M(b)、1.0×10^-13M(c)、1.0×10^-12M(d)、1.0×10^-11M(e)、1.0×10^-10M(f)、1.0×10^-9M(g)、1.0×10^-8M(h)、1.0×10^-7M(i)、1.0×10^-6M(j)、1.0×10^-5M(k)、1.0×10^-4M(l)、1.0×10^-3M(m)的待测溶液的差分脉冲伏安曲线(DPV曲线)。图5是铅离子浓度与电流变化的线性回归方程图。从图4和图5中可知，铅离子的浓度与电流值的线性回归方程为：

Y＝–(16.332±0.421)–(1.005±0.052)χ

其中，Y为对铅离子检测时的电流平均值，单位为μA；χ为待测溶液中铅离子的浓度值的自然对数，铅离子的浓度单位为M；最低检测浓度为1.0×10^-14M。

前述应用过程中，电解池中电解质溶液优选为pH 5.5～9.0的Tris-HCl缓冲液。

根据图4和图5可知：实施例1的电化学传感器最低可检测浓度为1.0×10^-14M铅溶液，灵敏性高，检测准确性高。

实验例4

将本实施例的电化学传感器用于实际水样样品的检测，具体的检测方法为：

取自岳麓山泉水做为原水，将原水经过滤，测定铅浓度为0。

将原水平均分为A、B、C三份。将A配制成铅浓度为1×10^-8的溶液；将B配制成铅浓度为5×10^-7的溶液；将C配制成铅浓度为10^-7的溶液。然后采用实施例1的电化学传感器分别检测A、B、C中铅的浓度，计算回收率。结果参见表1。表1中C₁为原水过滤后测定的铅浓度(均为0)，C₂为配制浓度，而C₃栏为本发明实施例1的电化学传感器按照实施例3的检测方法和检测条件测定的浓度值。

表1电化学传感器检测水中的对苯二酚

水样	C1mol·L-1	C2mol·L-1	C3mol·L-1	回收率
					A	0	1×10-8	0.965×10-7	98.6％
B	0	5×10-7	5.081×10-5	100.3％
					C	0	10-7	1.101×10-5	102.7％

从表1的结果可知：本发明的生物传感器在可测定的浓度范围内，加标回收率基本在98.6％～102.7％之间，测定结果理想，相比传统的高效液相色谱法，本发明的检测方法操作简单，且不受其它污染物的干扰。

实验例5

为了验证本实施例的电化学传感器选择性，现将浓度均为1.0×10^-8mo/L^-1的Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Al³⁺、Ni⁺、Cu²⁺、K⁺、Pb²⁺、Cr²⁺与Hg⁺金属离子待测溶液用实施例1的电化学传感器进行测定(测定方法参照实施例3)。

检测结果如图6所示，从图6中可知：实施例1的电化学传感器仅对铅离子有较高的灵敏度，对其他重金属离子几乎不敏感，证明实施例1的电化学传感器选择性好。

上述测定结果表明，本发明灵敏度高，选择性好，稳定性好，能够高效、低成本在线测量铅含量，为水体中铅的监测和控制过程提供了技术支持。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种用于检测铅的电化学传感器，其特征在于，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极、信号放大装置、响应探针和目标探针；所述玻碳电极的检测端表面修饰有有序介孔碳，所述有序介孔碳上沉积有纳米金颗粒，巯基修饰的捕获探针吸附在所述纳米金颗粒上；所述信号放大装置包括沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳，所述沉积有纳米金颗粒的有序介孔碳上吸附有亚甲基蓝，所述响应探针通过巯基吸附在所述信号放大装置的纳米金颗粒上；所述响应探针的核苷酸序列为脱氧核糖核酸与核苷酸腺苷嵌合体的核苷酸序列；所述响应探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.1所述的核苷酸序列；所述目标探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.2所述的核苷酸序列；所述巯基修饰的捕获探针的核苷酸序列为SEQ IDNO.3所述的核苷酸序列。

2.一种如权利要求1所述的用于检测铅的电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将有序介孔碳进行羧化处理，然后滴加到玻碳电极的检测端表面得到有序介孔碳修饰的玻碳电极；

S2、将纳米金粒子电沉积在所述有序介孔碳修饰的玻碳电极的检测端表面得到纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极；

S3、将所述纳米金/有序介孔碳修饰的玻碳电极插入巯基修饰的捕获探针中，使所述巯基修饰的捕获探针通过静电吸附在纳米金上；然后插入巯基乙醇溶液中，使巯基乙醇封闭未被吸附的纳米金；

S4、制备负载纳米金颗粒的有序介孔碳，将所述负载有纳米金颗粒的有序介孔碳与亚甲基蓝混合得到信号放大装置；

S5、配制响应探针溶液和目标探针溶液，完成电化学传感器的制备。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中所述负载纳米金颗粒的有序介孔碳的制备方法为：向有序介孔碳中加入氯金酸溶液，然后逐滴加入抗坏血酸溶液得到负载纳米金颗粒的有序介孔碳；所述有序介孔碳与所述氯金酸溶液中的氯金酸、所述抗坏血酸溶液中的抗坏血酸的质量比为1∶0.02～0.05∶0.44。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述负载纳米金颗粒的有序介孔碳与亚甲基蓝溶液的质量比为3∶0.1～0.5；所述亚甲基蓝的浓度为4.5mg/L～5.5mg/L。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中所述羧化处理具体为：

S1-1：将有序介孔碳浸入过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中超声3小时以上，然后洗涤至中性、过滤、真空干燥得到羧化有序介孔碳，所述过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中过氧化氢和浓硫酸的体积比为1∶2～4；

S1-2：所述羧化有序介孔碳超声分散到N,N-二甲基甲酰胺溶液中制成浓度为0.5mg/mL～1.0mg/mL的悬浮液。

6.根据权利要求2～4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述有序介孔碳的制备方法包括以下步骤：将嵌段共聚物P123置于盐酸中溶解，然后逐滴加入正硅酸乙酯，在30℃～35℃水浴中搅拌，得到混合溶液；将所述混合溶液在140℃～150℃温度下水浴加热，然后抽滤、洗涤至中性、风干、焙烧得到硅基分子筛SBA-15；将所述硅基分子筛SBA-15与水、蔗糖、浓硫酸混合得到混合物，将所述混合物置于100℃～160℃温度下干燥直至混合物变为黑色，然后将黑色的混合物置于惰性气体保护下进行热解得到热解产物，用NaOH溶液去除所述热解产物中的二氧化硅分子筛模板，过滤、洗涤、干燥得到有序介孔碳。

7.一种如权利要求1所述的电化学传感器或如权利要求2至6中任意一项所述制备方法制得的电化学传感器在检测铅中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将目标探针与信号放大装置上的响应探针反应，使所述目标探针与所述响应探针形成双链；

(2)将信号放大装置与待测溶液反应使得双链断裂，同时，所述响应探针的部分核苷酸链断裂得到修饰有部分响应探针的信号放大装置；

(3)将所述修饰有部分响应探针的信号放大装置滴加在玻碳电极的检测端表面，使信号放大装置上的部分响应探针与玻碳电极检测端表面的捕获探针进行互补配对形成双链，然后接入三电极系统的电解池中检测电流值，根据铅离子的浓度与电流值建立线性回归方程：

Y＝–(16.33 2±0.421)–(1.005±0.052)χ

其中，Y为对铅离子检测时的电流平均值，单位为μA；χ为待测溶液中铅离子的浓度值的自然对数；最低检测浓度为1.0×10^-14M。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述电解池中的电解质溶液为pH 5.5～9.0的Tris-HCl缓冲液。