CN105652012B - 一种汞离子的纳米金-dna复合检测试纸及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汞离子的纳米金‑DNA复合检测试纸，包括试纸及通过偶联剂与其连接的纳米金‑DNA颗粒。还公开了其制备方法和用途，本发明利用纳米金比色法开发的可负担、使用方便、操作简单的新型纳米金‑DNA复合汞离子检测试纸可用于及时检测水中的汞离子含量。在使用时，可将该试纸置入水体中，若水体中含有汞离子，试纸上纳米金‑DNA上的双链碱基序列对汞离子具有特异性识别功能并与汞离子结合致使DNA双链开环，聚集的纳米金颗粒分散，试纸由蓝色变成红色，达到便携式探针的目的，与现有技术相比，具有快速、灵敏、低价、便捷的特性，可广泛适用与家居、旅游、军工、实验检测等领域水安全检测使用，保障消费者的健康。
Description
技术领域
本发明属于一种重金属离子生物化学检测技术，具体地说，涉及一种汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸及其制备方法和用途。
背景技术
近年来，重金属污染事件频发，据环保部门数据，2009年我国环保部门接报重金属、类金属污染事件12起，引起32起群体事件。特别地，近些年来人类对重金属汞(Hg)的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，汞对环境的污染特别是水的污染日渐增大。同时，重金属汞以毒性大为公众所熟知，其在生物体内和环境中的残留时间长，严重威胁人类健康，世界各地众多国家和地区都对食品、生活用品、环境中汞的含量做了严格规定，汞污染已经成为行业重点关注问题。汞污染常常以离子(Hg2+)形态存在，并多存在于水体中，因此，对水体汞离子的准确、灵敏、快速、现场的便携式检测十分重要。
传统的汞离子检测方法包括原子吸收光谱(AAS)、高效液相色谱法(HPLC)以及电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等的仪器分析方法，也有一些新的、利用生物原理的重金属检测技术逐步开始应用：如免疫分析法、酶抑制法及生物传感器法等等。这些方法虽然具有精确度高、灵敏度高、可连续作业等优点，但其成本非常高，需要具有非常精密的配套仪器、专业的技术人员以及特定的实验条件，同时其又非常的耗时，操作复杂。近年来，液态电极等离子体发射光谱技术已逐渐应用到水体中金属元素的检测中，是一种采用液态作为放电电极的等离子体发射光谱技术，该技术操作较简单，所用的仪器设备也相对便宜，在一定程度上克服了传统重金属检测方法的缺点，但它仍然需要化验室、光谱分析仪等。总言之，上述的这些已有的汞离子检测方法非常不适用于普通大众消费市场。为此，发展便携、快速、低价的汞离子检测方法非常具有潜力，可克服传统方法的弱点，运用于大众消费市场。
另一方面，自从美国加州大学伯克利分校的Alivisatos课题组和美国西北大学Mirkin课题组报道第一代DNA修饰的纳米金探测器后，溶液型纳米金的比色探测技术作为一种新型、简单以及可负担的探测方法开始应用于重金属检测。这种方法的诸多优点得以展现，例如：非常高的灵敏性、选择性、不需要昂贵的设备及附属装备。纳米金-DNA的比色作用原理为：在测试液溶液体系中含有两种经DNA序列修饰的纳米金材料，当外部加入的DNA单链若可同时识别修饰纳米金材料的两段DNA序列时，被分散的两类DNA修饰的纳米金材料形成聚集，经研究发现，若纳米金材料聚集的离子半径超过3.5nm时，其表面可产生等离子效益，可使得其在纳米金材料浓度非常低的情况下从红色变成蓝色。同时，当聚集的纳米金材料得以从新分散时，其颜色由蓝变红。
为此，纳米金-DNA材料的双向颜色变化为重金属的探针提供了非常好的比色探测平台。更加重要的是，即使使用纳摩尔浓度的纳米金材料也可识别汞离子，展现了非常高的灵敏性，这可大大的降低了其探测的技术成本。基于纳米金-DNA探测技术的优越性，开发新型、便携、快速以及可负担的汞离子检测技术产品具有非常大的开发应用价值。然而当前的纳米金-DNA汞离子探测技术仅能应用于溶液态的纳米金-DNA材料，不适应大众消费及快速检测市场的市场需求。
发明内容
本发明开发一种可负担的、使用方便、操作简单的新型纳米金-DNA复合汞离子检测试纸可用于及时检测水中的汞离子含量，确保大众的饮水、用水安全。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸，包括试纸及通过偶联剂与其连接的纳米金-DNA颗粒。
作为本发明所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的优选方式，试纸的基质材料由富含大量羟基或者胺基的材料组成。
作为本发明所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的优选方式，试纸的基质材料为纤维素或黏胶。
作为本发明所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的优选方式，偶联剂为3-(巯基丙基)三甲氧基硅烷、双【3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基】四硫化物、3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷、3-(氨基丙基)三甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、(3-三甲氧基甲硅烷基)二亚乙基三胺、N-【3-(三甲基硅基)丙基】正丁胺、N-乙基氨基异丁基三甲氧基硅烷、N-甲基氨基异丁基三甲氧基硅烷、N-苯基氨基异丁基三甲氧基硅烷、双(3-三乙氧基硅)胺、双(3-三甲氧基硅)胺、双【3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基】乙二胺、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4,5-二氢咪唑、脲丙基三乙氧基硅烷、3-异氰基酸酯基三乙氧基硅烷、异氰基酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
作为本发明所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的优选方式，纳米金-DNA颗粒是在纳米金颗粒表面修饰DNA碱基序列片段，包括序列A：3’-HS-GTA AAGAAAGAA-5’、序列B：5’-HS-GGG GAACAAACA-3’及序列C：5’-CAT TTC TTT CTT CCC CTT GTT TGT TTC-3’；
纳米金-DNA表面具有两种形态，一种纳米金颗粒表面由序列A修饰，另一种纳米金颗粒表面由序列B修饰，A、B片段都通过巯基与纳米金颗粒表面相连；
上述两种纳米金-DNA运用DNA碱基互配原理，通过序列C与两种纳米金颗粒表面的A、B片段同时相连，纳米金颗粒相互聚集，形成DNA双链互配结构，纳米金-DNA复合检测试纸显蓝色。
作为本发明所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的优选方式，序列C对Hg2+具有特异识别性能，当液体中含有足量的Hg2+时，Hg2+会与碱基序列C结合，从而破坏在纳米金颗粒表面上形成的DNA双链互配结构，被聚集的纳米金颗粒分开，纳米金-DNA复合检测试纸的颜色由蓝变红，达到检测的目的。
其次，本发明还公开一种制备上述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的方法，包括以下步骤：
(1)制备纳米金试纸：取白色纤维素试纸，用去离子水洗涤，并置于烘箱烘干，取偶联剂于去离子水中，室温下搅拌5-15分钟，缓慢升温，将试纸置入反应溶液中，快速滴入氯金酸溶液，搅拌反应5-20分钟，发现试纸变红，纳米金试纸制备完成；
(2)纳米金-DNA复合检测试纸：DNA碱基序列，序列A：3’-HS-GTA AAGAAAGAA-5’，序列B：5’-HS-GGG GAACAAACA-3’及序列C：5’-CAT TTC TTT CTT CCC CTT GTT TGT TTC-3’，分别取序列A及序列B溶于磷酸缓冲液中，室温下搅拌5-25分钟，将步骤(1)中制备的纳米金试纸置入溶液中浸渍3-8小时，将试纸取出，试纸依然显红色；再取序列C溶于磷酸缓冲液中，将上述4片试纸置入序列C溶液中浸渍8-16小时，试纸染色逐渐由红变蓝，获得纳米金-DNA复合汞离子检测试纸。
作为本发明所述制备汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的方法的优选方法，步骤(1)中偶联剂在去离子水中的浓度为0.2～0.8ml/100ml，升温温度为70～90度，氯金酸溶液与去离子水的体积比为1:100～10:100。
作为本发明所述制备汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的方法的优选方法，步骤(2)中磷酸缓冲液的PH＝7.5，序列A、序列B和序列C在磷酸缓冲液中的浓度为0.1-3nmol/100ml。
再次，本发明还公开一种上述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸在检测溶液中汞离子上的用途，该试纸可直接用于水体中汞离子的检测，当水体中含有足够量(>10ppb)汞离子时，试纸颜色从蓝色及时转变为红色，并可通过眼睛完成可视化识别。
在使用时，可将该试纸置入水体中，若水体中含有汞离子，试纸上纳米金-DNA上的双链碱基序列对汞离子具有特异性识别功能并与汞离子结合致使DNA双链开环，聚集的纳米金颗粒分散，试纸由蓝色变成红色，达到便携式探针的目的。
本发明提供的离子的纳米金-DNA复合检测试纸，与现有技术相比，具有以下有益效果：快速、灵敏、低价、便捷的特性，可广泛适用与家居、旅游、军工、实验检测等领域水安全检测使用，保障消费者的健康。
具体实施方式
实施例1：纳米金试纸的制备
取白色纤维素试纸5片(长8cm，宽1cm)用去离子水洗涤，并置于烘箱烘干。取N-乙烯吡咯烷酮0.2ml及3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.2ml于50毫升去离子水中，室温下搅拌10分钟，缓慢升温至80度，将试纸置入反应溶液中，快速滴入氯金酸溶液2毫升(20mM)，搅拌反应10分钟，发现试纸变红，纳米金试纸制备完成。
实施例2：纳米金-DNA复合试纸
DNA碱基序列，序列A：3’-HS-GTA AAGAAAGAA-5’，序列B：5’-HS-GGG GAACAAACA-3’及序列C：5’-CAT TTC TTT CTT CCC CTT GTT TGT TTC-3’，分别取序列A及序列B 0.5nmol溶于50毫升PH＝7.5的磷酸缓冲液中，室温下搅拌10分钟，将4片上述实施案例1中的纳米金试纸置入溶液中浸渍5小时，将试纸取出，试纸依然显红色；再取序列C 0.5nmol溶于50毫升PH＝7.5的磷酸缓冲液中，将上述4片试纸置入序列C溶液中浸渍12小时，试纸染色逐渐由红变蓝，获得纳米金-DNA复合汞离子检测试纸。
实施例3：纳米金-DNA复合试纸对汞离子的检测
分别配置不同浓度的氯化汞水溶液(3ppb，10ppb，50ppb，400ppb)50升，将实施例2中所制备的纳米金-DNA复合试纸置入，浸渍约5分钟，四张试纸上显示颜色分别为蓝，微红，红，红；由此可看出该试纸可通过肉眼便可有效探测出超过10ppb汞离子水溶液中含有汞离子。
Claims (6)
1.一种汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸，其特征在于，包括试纸及通过偶联剂与其连接的纳米金-DNA颗粒；
所述纳米金-DNA颗粒是在纳米金颗粒表面修饰DNA碱基序列片段，包括序列A：3’-HS-GTAAAGAAAGAA-5’、序列B：5’-HS-GGGGAACAAACA-3’及序列C：5’-CATTTCTTTCTTCCCCTTGTTTGTTTC-3’；
纳米金-DNA表面具有两种形态，一种纳米金颗粒表面由序列A修饰，另一种纳米金颗粒表面由序列B修饰，A、B片段都通过巯基与纳米金颗粒表面相连；
所述两种纳米金-DNA运用DNA碱基互配原理，通过序列C与两种纳米金颗粒表面的A、B片段同时相连，纳米金颗粒相互聚集，形成DNA双链互配结构，纳米金-DNA复合检测试纸显蓝色。
2.如权利要求1所述的汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸，其特征在于，所述序列C对Hg2+具有特异识别性能，当液体中含有足量的Hg2+时，Hg2+会与碱基序列C结合，从而破坏在纳米金颗粒表面上形成的DNA双链互配结构，被聚集的纳米金颗粒分开，纳米金-DNA复合检测试纸的颜色由蓝变红，达到检测的目的。
3.一种制备如权利要求1-2任一所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备纳米金试纸：取白色纤维素试纸，用去离子水洗涤，并置于烘箱烘干，取偶联剂于去离子水中，室温下搅拌5-15分钟，缓慢升温，将试纸置入反应溶液中，快速滴入氯金酸溶液，搅拌反应5-20分钟，发现试纸变红，纳米金试纸制备完成；
(2)纳米金-DNA复合检测试纸：DNA碱基序列，序列A：3’-HS-GTAAAGAAAGAA-5’，序列B：5’-HS-GGGGAACAAACA-3’及序列C：5’-CATTTCTTTCTTCCCCTTGTTTGTTTC-3’，分别取序列A及序列B溶于磷酸缓冲液中，室温下搅拌5-25分钟，将步骤(1)中制备的纳米金试纸置入溶液中浸渍3-8小时，将试纸取出，试纸依然显红色；再取序列C溶于磷酸缓冲液中，将上述试纸置入序列C溶液中浸渍8-16小时，试纸染色逐渐由红变蓝，获得纳米金-DNA复合汞离子检测试纸。
4.如权利要求3所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的方法，其特征在于，所述步骤(1)中偶联剂在去离子水中的浓度为0.2～0.8ml/100ml，升温温度为70～90度，氯金酸溶液与去离子水的体积比为1:100～10:100。
5.如权利要求3所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸的方法，其特征在于，所述步骤(2)中磷酸缓冲液的PH＝7.5，序列A、序列B和序列C在磷酸缓冲液中的浓度为0.1-3nmol/100ml。
6.一种如权利要求1-2任一所述汞离子的纳米金-DNA复合检测试纸在检测溶液中汞离子上的用途。
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