CN105699355A - 一种用于汞离子检测的sers传感器及其制备和检测方法 - Google Patents
一种用于汞离子检测的sers传感器及其制备和检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105699355A CN105699355A CN201610066663.2A CN201610066663A CN105699355A CN 105699355 A CN105699355 A CN 105699355A CN 201610066663 A CN201610066663 A CN 201610066663A CN 105699355 A CN105699355 A CN 105699355A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sers
- sensor
- mercury
- detection
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 144
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 86
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- -1 mercury ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- BQPIGGFYSBELGY-UHFFFAOYSA-N mercury(2+) Chemical compound [Hg+2] BQPIGGFYSBELGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 76
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 108020005187 Oligonucleotide Probes Proteins 0.000 claims abstract description 31
- 239000002751 oligonucleotide probe Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims abstract description 18
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 11
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N thymine Chemical class CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 claims abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 30
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 21
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 6
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 16
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 7
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 6
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 6
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 2
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000001287 electrothermal atomic absorption spectrometry Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 150000003378 silver Chemical class 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000032170 Congenital Abnormalities Diseases 0.000 description 1
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 1
- 108020003215 DNA Probes Proteins 0.000 description 1
- 239000003298 DNA probe Substances 0.000 description 1
- VCUFZILGIRCDQQ-KRWDZBQOSA-N N-[[(5S)-2-oxo-3-(2-oxo-3H-1,3-benzoxazol-6-yl)-1,3-oxazolidin-5-yl]methyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C1O[C@H](CN1C1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F VCUFZILGIRCDQQ-KRWDZBQOSA-N 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007698 birth defect Effects 0.000 description 1
- 230000006931 brain damage Effects 0.000 description 1
- 231100000874 brain damage Toxicity 0.000 description 1
- 208000029028 brain injury Diseases 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002795 fluorescence method Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012372 quality testing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 229940113082 thymine Drugs 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于汞离子检测的SERS传感器及其制备和检测方法，该传感器是将寡核苷酸探针链修饰到固体SERS基片表面构建得到，所述寡核苷酸探针链由三部分组成，其一端修饰巯基用以连接基底，另一端修饰上拉曼染料，中间部分为5~25个纯胸腺嘧啶。所述寡核苷酸探针链为：5’-SH-(CH2)6-TTT TTT TTT TTT TTT-Cy5-3’。固体SERS基片为银纳米棒阵列型SERS基片。使用时将该传感器直接浸泡在待检测溶液中，样品中存在汞离子时，汞离子会与寡核苷酸探针特异性结合，通过检测SERS信号的强度变化来达到检测汞离子的目的。所述的汞离子SERS传感器制备工艺简单、方便，制备时间短，且易携带，能够实现对汞离子的快速检测，选择性好，其他金属离子对其没有产生明显干扰，灵敏度高，检测限可达到 ~0.1 pM量级。
Description
技术领域
本发明属于拉曼光谱分析技术领域，特别涉及一种用于汞离子检测的SERS传感器及其制备和检测方法。
背景技术
汞是一种具有极强毒性的重金属离子，在世界范围内广泛存在，其污染会严重危害环境，并对人类健康产生极大威胁。汞在人体内的积累可以导致永久性的脑损伤和其他严重的临床症状，此外，母体中汞含量过高会导致婴儿产生先天缺陷。因此，对于汞污染的监测十分必要。
汞污染中水溶性的二价汞离子（Hg2+）是其最常见，最稳定和最广泛的传播形式之一，也是人类接触汞污染的主要来源之一。由于人类工业矿业生产活动的增加，来自人为的汞污染排放量激增，使得部分水体中的汞浓度上升，日渐威胁到环境和人类健康，因此对水体中汞的检测尤为重要。
目前，传统的汞离子检测方法主要有电热原子吸收光谱（ETAAS），酶联免疫吸附试验（ELISA）和冷原子荧光法（CA-AFS）。这些检测方法虽然检测结果准确，但它们通常需要复杂的样品制备程序和昂贵精密的工艺设备，限制了其推广应用，不适合用于现场检测分析。比色法检测，共振散射光谱法，电化学和荧光，这类检测极限可达纳摩尔每升，但因为人体汞的积累是一个极低浓度的长期摄入过程，所以发明具有极高灵敏度和选择性的汞离子检测方法仍是对广大科研人员的挑战。此外，一些涉及荧光光学传感器面临的淬火和光漂白问题。在这种情况下，发展操作简单，结果可靠，低检测限的鉴别方法，已经迫切地提上了议事日程。
目前环保部门对于水质检测主要利用原子吸收光谱，汞离子检测浓度在~ nM级别，nM以下在实际中很难直接检测到，需要对样品进行数十倍甚至几百倍浓缩，操作繁琐。
表面增强拉曼散射（SERS）报道作为一种新型的检测工具，可以表征分子振动的指纹光谱，具有超高的特异性和灵敏度，适用于微量物质的定性检测和定量研究。此外，表面增强拉曼光谱不需要昂贵的仪器和复杂的准备程序，具有生物无毒，重现性好，便携适用广泛等优点，是水体中汞离子检测的理想工具。但是，现有利用拉曼光谱检测汞离子的技术中，其中拉曼探针制备方法复杂，胶体拉曼探针稳定性低，在对汞离子检测的灵敏度上仍有可以提升的空间。
目前，在Zhang[1]的工作中，他们以金纳米孔为增强基底，连接相应的探针，在15个胸腺嘧啶组成的探针中，检测范围为1 nM 到 10 ɥM，最低检测浓度为100 pM，100 pM时拉曼峰值下降幅度仅为 3%，且探针组装时间为24h，时间长。在他们的工作中没有拟合相应的工作曲线，在100 nM 各种离子的特异性检测中可以看出铁钙等离子都对信号有较大的干扰。在Liu[2]的工作中应用了部分相近的探针结构，检测范围为1 nM 到2 ɥM， 检测限仅为0.5 nM。
在使用相同基底的拉曼检测中，未见将该基片用于离子检测的报导。
[1]：Zhang L, Chang H, Hirata A, Wu H, Xue
QK, Chen M.-Nanoporous Gold Based Optical Sensor for
Sub-ppt Detection of Mercury Ions. ACS Nano, 2013, 7: 4595–4600
[2]：Liu SJ, Nie
HG, Jiang JH, Shen GL, Yu RQ. Electrochemical sensor
for mercury(II) based on conformational switch
mediated by interstrand cooperative coordination.
Analytical Chemistry,2009, 81(14):5724-5730。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有的金属离子检测方法存在的不足，提供一种用于汞离子检测的SERS传感器及其制备和检测方法。该传感器以银纳米棒阵列型SERS基片为载体，经表面修饰特定寡核苷酸探针链构建得到，其具有较高特异性和灵敏度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于汞离子检测的SERS传感器，该传感器是将寡核苷酸探针链修饰到固体SERS基片表面构建得到，所述寡核苷酸探针链由三部分组成，其一端修饰巯基用以连接基底，另一端修饰上拉曼染料，中间部分为5~25个纯胸腺嘧啶。
所述寡核苷酸探针链为：5’-SH-(CH2)6-TTT TTT TTT TTT
TTT-Cy5-3’。
所述固体SERS基片为银纳米棒阵列型SERS基片。
所述用于汞离子检测的SERS传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）固体SERS基片用超纯水多次冲洗，备用；
2）将寡核苷酸探针溶液滴于步骤1）固体SERS基片表面，恒温静置培养，使得寡核苷酸探针修饰到基底上，用纯水冲洗干净，去除多余的探针链。
步骤2）中寡核苷酸探针溶液的摩尔浓度为5 ~
150 nM。
步骤2）中恒温静置培养的培养温度为 20~ 37 ℃，培养时间为2 ~ 4 小时。
应用所述SERS传感器检测汞离子的检测方法，包括如下步骤：
1）建立工作曲线：将上述SERS传感器在缓冲液中浸泡，使DNA形态保持稳定；利用拉曼光谱仪进行拉曼测试，记录传感器的初始SERS信号强度；配置不同浓度的汞离子样品溶液；将SERS传感器与不同浓度的汞离子溶液室温下共培养；取出传感器采集SERS信号，以传感器SERS信号下降幅度为纵坐标，汞离子浓度为横坐标作出相对应的工作曲线；
2）将SERS传感器浸泡入待检测溶液中共培养，随后进行拉曼测试，记录传感器SERS信号强度；计算SERS信号强度的下降幅度，对照工作曲线，计算得出汞离子的浓度。
步骤1）中SERS传感器在缓冲液中浸泡的浸泡时间为5~20 min。
步骤2）中将SERS传感器浸泡入待检测溶液中共培养的时间为1 ~ 5 小时。
上述SERS传感器以银纳米棒阵列型固体基片为芯片，并在其上修饰上寡核苷酸探针链。该寡核苷酸单链由三部分组成，其一端修饰巯基用以连接基底，另一端修饰上拉曼染料，中间组成部分为若干纯胸腺嘧啶。应用时，在未与待检测液共培养前测试SERS传感器的初始SERS信号，随后将传感器与待检测液共培养，再次检测SERS信号强度，根据SERS信号的强度下降幅度达到对汞离子定量检测。
本发明中银纳米棒阵列型SERS基片采用真空电子束蒸发镀膜技术制备，具体方法按文献（C. Y.
Song, J. L. Abell, Y. P. He, S. H. Murph, Y. P. Cui, Y. P. Zhao. Gold-modified silver nanorod arrays: growth dynamics and improved SERS
properties. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(3): 1150-1159.）中报道的方法制备。
本发明以检测水中痕量汞离子为示例制备用于汞离子检测的SERS传感器。
所述示例的寡核苷酸探针碱基序列为：
探针链：5’-SH-(CH2)6-TTT
TTT TTT TTT TTT-Cy5-3’；
本发明制备用于汞离子检测的SERS传感器的优选方案中，寡核苷酸探针链5’端修饰巯基，3’端修饰染料分子Cy5；探针链通过金-硫键固定于银纳米棒阵列型SERS基底的表面；探针链中胸腺嘧啶可以与汞离子特异性结合，使得相邻的探针单链相互配对，形成刚性双链结构。
本发明制备用于汞离子检测的SERS传感器的工作原理： 单链寡核苷酸探针具有柔性，通过巯基固定到银纳米棒阵列基片表面后趋向倒伏在银纳米棒基片表面，因此标记在探针链上的拉曼染料与SERS基片距离较近，具有较强的SERS信号；当存在Hg2+时，寡核苷酸探针链可以与汞离子相互结合，形成T-Hg2+-T对，使得相邻近的寡核苷酸单链相互配对，形成刚性双链，逐渐站立，增大了拉曼染料和SERS基底之间的距离，致使传感器上测得的SERS信号下降。根据信号强度值的下降幅度可以传感待检测液中汞离子的浓度。
本发明制备用于汞离子检测的SERS传感器的优选方案中，具体步骤如下：
（1）银纳米棒阵列型SERS基片用超纯水多次冲洗；
（2）将寡核苷酸探针溶液（50 nM）滴于SERS基片不同位置，每个位置20 uL，在25℃，80 % 湿度环境中孵育3 h，然后用纯水轻轻冲洗干净；修饰探针链的SERS基片在缓冲液 （1 mM PBS, pH
7.4）中浸泡10 min，使DNA探针链形态保持稳定；
（3）特异性检测：分别将10 nM Hg2+和分别含有100 nM 的Ca2+； Li2+； Zn2+；Ni2+； Mn2+； Fe2+； Co2+； Ba2+； Cu2+； Cr2+离子的液体样品和上述汞离子SERS传感器共同孵育，在室温下反应3 h；分别取出传感器进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器对于不同离子的特异性和灵敏度。实验证明，该汞离子传感器对于低浓度汞离子具有较高的灵敏度，检测范围较宽，为1 pM 到1 ɥM，可以涵盖常规水体检测所需求的汞离子浓度（美国常规水体国标为10 nM; 中国自来水标准中（2007年），汞含量不得高于5 nM，一般工业污水中汞含量在nM级到ɥM级不等），检测限可达0.16 pM；在特异性检测中，该传感器表现优异；在其他离子浓度均为100 nM时导致的非特异性信号变化中，最大变化幅度仅为0.08，而10 nM 汞离子情况下传感器信号下降幅度可达0.48以上，区别明显。
（4）工作曲线：用纯水分散0.01 M 汞标液，配置得到浓度1 pM，10 pM，100 pM，1 nM，10 nM，100 nM，1 uM的汞离子样品溶液；将汞离子SERS传感器与不同浓度的待检测物溶液中，在室温下反应3 h；取出传感器后进行SERS测试，检测得到染料SERS信号强度，作汞离子浓度和SERS信号强度下降幅度的工作曲线。
有益效果：本发明利用银纳米棒阵列型SERS基片作为检测基片，探针链通过金-硫键组装到银纳米棒阵列型SERS基片表面，在基片表面分布具有更优的均一性和稳定性，设计特殊的单链寡核苷酸探针链使得检测结构简单有效；采用的固态SERS基片作为检测基片在样品分离提纯方面优势明显（相比于离心等提纯方式），固态基底通过冲洗可实现待检测物品的快速分离，无设备要求，操作简单，并且便于携带，适用于实时实地检测；
与已有报导中的相关传感器相比，本发明中的汞离子检测的SERS传感器具有更为低的检测限，更宽的检测范围和优异的选择性。本发明中的传感器，制备简单，耗时短，本发明探针组装时间为仅为3小时；检测范围为1 pM 到1 ɥM，各浓度梯度间区分度较大，检测限可达0.16 pM，且在 100 nM的其他离子环境中表现出极佳的特异性选择。
附图说明
图1是汞离子检测SERS传感器构建及工作原理图。
图2是实施例2中传感器与不同浓度汞离子共培养后采集的Raman谱线图，自下而上汞离子浓度递增。
图3是检测过程中，取拉曼染料Cy5在1468 cm-1 处的峰值所计算得到的汞离子的线性方程图。
图4是实施例2中制得的用于汞离子检测SERS传感器对汞离子检测的特异性说明图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所举的实施例。
本发明中银纳米棒阵列型SERS基片采用真空电子束蒸发镀膜技术制备，具体方法按文献（C. Y.
Song, J. L. Abell, Y. P. He, S. H. Murph, Y. P. Cui, Y. P. Zhao. Gold-modified silver nanorod arrays: growth dynamics and improved SERS
properties. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(3): 1150-1159.）中报道的方法制备。
以下实施例中采用的寡核苷酸探针链为5’-SH-(CH2)6-TTT
TTT TTT TTT TTT-Cy5-3’，由TAKARA Bio 公司合成得到。
实施例1 10 nM寡核苷酸探针链修饰组装的SERS汞离子检测基底
（1）银纳米棒阵列型SERS基片用超纯水多次冲洗；
（2）取20 uL Cy5 修饰的寡核苷酸探针链（10 nM）滴于SERS基片，在25℃，80%湿度环境中静置3 h，然后用纯水冲洗干净；修饰探针链的SERS基底在缓冲液（1 mM 磷酸盐，10 mM氯化钠，pH 7.4）中浸泡10 min，使DNA形态保持稳定；
（3）工作曲线：将0.01
M汞标液用纯水稀释至不同浓度1 pM，10 pM，100 pM，1 nM，10 nM，100 nM，1 ɥM的汞离子样品溶液；测试SERS传感器的初始信号强度，将汞离子SERS传感器置于不同浓度的待检测汞离子液溶中，室温下反应3 h；取出传感器后直接进行SERS液相测试，对目标汞离子浓度和相应SERS信号下降幅度作出汞离子检测的工作曲线，并计算传感器对目标汞离子的线性范围和检测下限。 检测范围1 pM to 10 nM，大于10 nM以后信号饱和 。
（4）特异性检测：分别配制 100 nM的 Ca2+、 Li2+、 Zn2+、Ni2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ba2+、 Cu2+、 Cr2+离子的液体样品；测试SERS传感器的初始信号强度，将汞离子SERS传感器置于不同离子液溶中，室温下反应3 h；取出传感器后直接进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器的特异性；将100 nM Ca2+、 Li2+、 Zn2+、Ni2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ba2+、 Cu2+、 Cr2+离子液均匀混合，并以此离子混合液稀释汞标液至 10 nM, 将汞离子SERS传感器共同孵育，在室温下反应3 h；分别取出传感器进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器对于不同离子的特异性和在复杂情况下的汞离子检测灵敏度。
（5）SERS传感器用于汞离子检测方法：测试SERS传感器的初始信号强度，将上述传感器置于待检测的样品溶液中，在室温下反应3 h；取出传感器直接进行SERS液相测试，检测到的SERS信号强度下降幅度与工作曲线对照，计算得出待检测样品的浓度。
（6）拉曼测试条件：扫描时间3s，激光功率10%，物镜放大倍率5x，累计次数1次，激发光波长633 nm。
实施例2 50 nM寡核苷酸探针链修饰组装的SERS汞离子检测基底
（1）银纳米棒阵列型SERS基片用超纯水多次冲洗；
（2）取20 uL Cy5 修饰的寡核苷酸探针链（50 nM）滴于SERS基片，在25℃，80%湿度环境中静置3 h，然后用纯水冲洗干净；修饰探针链的SERS基底在缓冲液（1 mM 磷酸盐，10 mM氯化钠，pH 7.4）中浸泡10 min，使DNA形态保持稳定；
（3）工作曲线：将0.01
M汞标液用纯水稀释至不同浓度1 pM，10 pM，100 pM，1 nM，10 nM，100 nM，1 ɥM的汞离子样品溶液；测试SERS传感器的初始信号强度，将汞离子SERS传感器置于不同浓度的待检测汞离子液溶中，室温下反应3 h；取出传感器后直接进行SERS液相测试，对目标汞离子浓度和相应SERS信号下降幅度作出汞离子检测的工作曲线，并计算传感器对目标汞离子的线性范围和检测下限。如图2所示，随着汞离子浓度的增加，拉曼谱线的整体强度和峰值高度都逐渐下降；传感器上采集到的拉曼谱线谱峰清晰，信噪比好；随着汞离子浓度由无升至1 ɥM，从传感器上采集到的拉曼谱线强度和单峰值逐渐降低，其中1468
cm-1 处的特征峰值下降幅度与汞离子浓度成正相关，两者直线拟合结果如图3所示，检测范围为1 pM to 1 ɥM，推导得到工作曲线：Y强度下降百分比 = 0.01672 + 0.07938(2+log10C汞离子浓度，通过计算检测限可低至~0.16 pM。
（4）特异性检测：分别配制 100 nM的 Ca2+、 Li2+、 Zn2+、Ni2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ba2+、 Cu2+、 Cr2+离子的液体样品；测试SERS传感器的初始信号强度，将汞离子SERS传感器置于不同离子液溶中，室温下反应3 h；取出传感器后直接进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器的特异性；将100 nM Ca2+、 Li2+、 Zn2+、Ni2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ba2+、 Cu2+、 Cr2+离子液均匀混合，并以此离子混合液稀释汞标液至 10 nM, 将汞离子SERS传感器共同孵育，在室温下反应3 h；分别取出传感器进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器对于不同离子的特异性和在复杂情况下的汞离子检测灵敏度。结果见图4所示，该传感器特异性表现优异：在其他离子浓度均为100 nM时，由于非特异导致的信号变化中，最大变化幅度仅为0.08，而10 nM 汞离子情况下传感器信号下降幅度可达0.48以上，区别明显，在100 nM其他10种离子和 10 nM汞离子的混合样品中，信号下降达0.495，与其他数据一起可证明其他离子对于汞离子检测信号干扰较小。
（5）SERS传感器用于汞离子检测方法：测试SERS传感器的初始信号强度，将上述传感器置于待检测的样品溶液中，在室温下反应3 h；取出传感器直接进行SERS液相测试，检测到的SERS信号强度下降幅度与工作曲线对照，计算得出待检测样品的浓度。
在自来水体中：1 nM 汞离子还原值为1.01 nM，还原率为101.42%；10 nM 汞离子还原值为9.99nM，还原率为99.93%；100 nM 汞离子还原值为98.94 nM，还原率为98.94%；三组实验中RSD值均小于5%。
（6）拉曼测试条件：扫描时间1s，激光功率5%，物镜放大倍率5x，累计次数1次，激发光波长633 nm。
实施例3 100 nM寡核苷酸探针链修饰组装的SERS汞离子检测基底
（1）银纳米棒阵列型SERS基片用超纯水多次冲洗；
（2）取20 uL Cy5 修饰的寡核苷酸探针链（100 nM）滴于SERS基片，在25℃，80%湿度环境中静置3 h，然后用纯水冲洗干净；修饰探针链的SERS基底在缓冲液（1 mM 磷酸盐，10 mM氯化钠，pH 7.4）中浸泡10 min，使DNA形态保持稳定；
（3）工作曲线：将0.01
M汞标液用纯水稀释至不同浓度1 pM，10 pM，100 pM，1 nM，10 nM，100 nM，1 ɥM的汞离子样品溶液；测试SERS传感器的初始信号强度，将汞离子SERS传感器置于不同浓度的待检测汞离子液溶中，室温下反应3 h；取出传感器后直接进行SERS液相测试，对目标汞离子浓度和相应SERS信号下降幅度作出汞离子检测的工作曲线，并计算传感器对目标汞离子的线性范围和检测下限。检测范围1 pM to 10 ɥM，在1 pM to 100 nM内有较好的线性关系。
（4）特异性检测：分别配制 100 nM的 Ca2+、 Li2+、 Zn2+、Ni2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ba2+、 Cu2+、 Cr2+离子的液体样品；测试SERS传感器的初始信号强度，将汞离子SERS传感器置于不同离子液溶中，室温下反应3 h；取出传感器后直接进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器的特异性；将100 nM Ca2+、 Li2+、 Zn2+、Ni2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ba2+、 Cu2+、 Cr2+离子液均匀混合，并以此离子混合液稀释汞标液至 10 nM, 将汞离子SERS传感器共同孵育，在室温下反应3 h；分别取出传感器进行SERS液相测试，评估汞离子SERS传感器对于不同离子的特异性和在复杂情况下的汞离子检测灵敏度。
（5）SERS传感器用于汞离子检测方法：测试SERS传感器的初始信号强度，将上述传感器置于待检测的样品溶液中，在室温下反应3 h；取出传感器直接进行SERS液相测试，检测到的SERS信号强度下降幅度与工作曲线对照，计算得出待检测样品的浓度。
（6）拉曼测试条件：扫描时间1s，激光功率5%，物镜放大倍率5x，累计次数1次，激发光波长633 nm。
应理解上述实施例仅用于说明本发明技术方案的具体实施方式，而不用于限制本发明的范围。本发明公开的传感器及其制备技术可用于汞离子检测的传感器。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。
<110>
南京邮电大学
<120>
一种用于汞离子检测的SERS传感器及其制备和检测方法
<130>
<160>
1
<170>
PatentIn version 3.3
<210>
1
<211>
15
<212>
DNA
<213>
人工序列
<400>
1
tttttttttt ttttt
15
Claims (9)
1.一种用于汞离子检测的SERS传感器，其特征在于，该传感器是将寡核苷酸探针链修饰到固体SERS基片表面构建得到，所述寡核苷酸探针链由三部分组成，其一端修饰巯基用以连接基底，另一端修饰上拉曼染料，中间部分为5~25个纯胸腺嘧啶。
2.根据权利要求1所述的用于汞离子检测的SERS传感器，其特征在于，所述寡核苷酸探针链为：5’-SH-(CH2)6-TTT
TTT TTT TTT TTT-Cy5-3’。
3.根据权利要求1所述的用于汞离子检测的SERS传感器，其特征在于，所述固体SERS基片为银纳米棒阵列型SERS基片。
4.权利要求1所述用于汞离子检测的SERS传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）固体SERS基片用超纯水多次冲洗，备用；
2）将寡核苷酸探针溶液滴于步骤1）固体SERS基片表面，恒温静置培养，使得寡核苷酸探针修饰到基底上，用纯水冲洗干净，去除多余的探针链。
5.根据权利要求4所述的用于汞离子检测的SERS传感器的制备方法，其特征在于，步骤2）中寡核苷酸探针溶液的摩尔浓度为5 ~ 150 nM。
6.根据权利要求4所述的用于汞离子检测的SERS传感器的制备方法，其特征在于，步骤2）中恒温静置培养的培养温度为 20~ 37 ℃，培养时间为2 ~ 4 小时。
7.应用权利要求1所述SERS传感器检测汞离子的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）建立工作曲线：将SERS传感器在缓冲液中浸泡，使DNA形态保持稳定，拉曼测试，记录传感器的初始SERS信号强度；配置不同浓度的汞离子样品溶液；将SERS传感器与不同浓度的汞离子溶液室温下共培养；取出传感器采集SERS信号，以传感器SERS信号下降幅度为纵坐标，汞离子浓度为横坐标作出相对应的工作曲线；
2）将SERS传感器浸泡入待检测溶液中共培养，随后进行拉曼测试，记录传感器SERS信号强度；计算SERS信号强度的下降幅度，对照工作曲线，计算得出汞离子的浓度。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，步骤1）中SERS传感器在缓冲液中浸泡的浸泡时间为5~20 min。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，步骤2）中将SERS传感器浸泡入待检测溶液中共培养的时间为1 ~ 5 小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610066663.2A CN105699355A (zh) | 2016-01-31 | 2016-01-31 | 一种用于汞离子检测的sers传感器及其制备和检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610066663.2A CN105699355A (zh) | 2016-01-31 | 2016-01-31 | 一种用于汞离子检测的sers传感器及其制备和检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105699355A true CN105699355A (zh) | 2016-06-22 |
Family
ID=56228978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610066663.2A Pending CN105699355A (zh) | 2016-01-31 | 2016-01-31 | 一种用于汞离子检测的sers传感器及其制备和检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105699355A (zh) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108107033A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-06-01 | 中山大学 | 一种单个胸腺嘧啶探针及其制备方法和应用 |
| CN108254368A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-06 | 中国农业科学院农产品加工研究所 | 一种基于dna调控的金纳米棒检测重金属离子的方法 |
| CN108444543A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于金银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444539A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444542A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于金银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444540A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444544A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444538A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和金纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444541A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444546A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于基因芯片和银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444545A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444548A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于金纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444547A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于基因芯片和银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108507623A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-07 | 天津大学 | 基于金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108507624A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-07 | 天津大学 | 基于基因芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108519128A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-11 | 天津大学 | 基于基因芯片和金纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN110132937A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-16 | 福建师范大学 | 一种dna链作为信号开关检测重金属离子的制备方法 |
| CN110186902A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-30 | 武汉中科志康生物科技有限公司 | 一种检测汞离子的表面增强拉曼传感器 |
| CN110823858A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-02-21 | 武汉市农业科学院 | 一种新型的测定溶液体系中汞离子含量的方法 |
| CN113624744A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-11-09 | 首都师范大学 | 一种用于痕量汞离子检测的微流控原位sers检测方法 |
| CN114563386A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-05-31 | 浙江工业大学 | 一种基于表面增强拉曼散射技术的汞离子定量检测方法 |
| CN115855928A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 合肥工业大学 | 基于核酸宏阵列和双功能分子的汞离子检测方法及试剂盒 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398998A (zh) * | 2013-08-07 | 2013-11-20 | 上海师范大学 | 一种用于汞离子检测的拉曼探针及其制备方法 |
-
2016
- 2016-01-31 CN CN201610066663.2A patent/CN105699355A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398998A (zh) * | 2013-08-07 | 2013-11-20 | 上海师范大学 | 一种用于汞离子检测的拉曼探针及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHUNYUAN SONG 等: "《SERS-based mercury ion detections: principles, strategies and recent advances》", 《SCIENCE CHINA CHEMISTRY》 * |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108107033A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-06-01 | 中山大学 | 一种单个胸腺嘧啶探针及其制备方法和应用 |
| CN108254368A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-06 | 中国农业科学院农产品加工研究所 | 一种基于dna调控的金纳米棒检测重金属离子的方法 |
| CN108444545A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108507623A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-07 | 天津大学 | 基于金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444542A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于金银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444540A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444544A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444538A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和金纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444541A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444546A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于基因芯片和银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108444543A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于金银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444548A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于金纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444547A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于基因芯片和银纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN108444539A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-08-24 | 天津大学 | 基于银纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108507624A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-07 | 天津大学 | 基于基因芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 |
| CN108519128A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-11 | 天津大学 | 基于基因芯片和金纳米颗粒检测汞离子含量的环境网络 |
| CN110132937A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-16 | 福建师范大学 | 一种dna链作为信号开关检测重金属离子的制备方法 |
| CN110186902A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-30 | 武汉中科志康生物科技有限公司 | 一种检测汞离子的表面增强拉曼传感器 |
| CN110823858A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-02-21 | 武汉市农业科学院 | 一种新型的测定溶液体系中汞离子含量的方法 |
| CN113624744A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-11-09 | 首都师范大学 | 一种用于痕量汞离子检测的微流控原位sers检测方法 |
| CN114563386A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-05-31 | 浙江工业大学 | 一种基于表面增强拉曼散射技术的汞离子定量检测方法 |
| CN114563386B (zh) * | 2021-10-13 | 2025-02-14 | 浙江工业大学 | 一种基于表面增强拉曼散射技术的汞离子定量检测方法 |
| CN115855928A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 合肥工业大学 | 基于核酸宏阵列和双功能分子的汞离子检测方法及试剂盒 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105699355A (zh) | 一种用于汞离子检测的sers传感器及其制备和检测方法 | |
| Song et al. | Ultrasensitive sliver nanorods array SERS sensor for mercury ions | |
| Wu et al. | Facile fabrication of an electrochemical aptasensor based on magnetic electrode by using streptavidin modified magnetic beads for sensitive and specific detection of Hg2+ | |
| CN108458998B (zh) | 一种基于免标记荧光增强的适配体dna银纳米簇测定铅离子的方法 | |
| CN105548109B (zh) | 一种重金属镉的荧光检测体系以及检测方法 | |
| CN103364352B (zh) | 以纳米金为逻辑门显色探针的硫离子的快速测定方法 | |
| CN108226141A (zh) | 一种基于原位合成的Ag纳米簇电致化学发光传感器的研制及其应用 | |
| Wang et al. | Sensitive and selective “signal-off” electrochemiluminescence sensing of prostate-specific antigen based on an aptamer and molecularly imprinted polymer | |
| CN108344792B (zh) | 一种水体中总砷快速检测方法 | |
| CN102703441A (zh) | 发夹型核酸荧光探针及其在检测铅离子的应用 | |
| CN104792852A (zh) | 一种藻毒素分子印迹化学受体传感器及其制备方法和应用 | |
| Fu et al. | Horseradish peroxidase-repeat assay based on tyramine signal amplification for highly sensitive H 2 O 2 detection by surface-enhanced Raman scattering | |
| CN103033548B (zh) | 基于复合纳米材料的乙酰胆碱酯酶生物传感器制备方法 | |
| CN102519924A (zh) | 一种快速免标记检测铅离子的方法 | |
| Feng et al. | Tetrahedral DNA-directed core-satellite assembly as SERS sensor for mercury ions at the single-particle level | |
| CN113984726B (zh) | 一种氨基苯硼酸功能化磁珠/乙二醛修饰dna检测汞离子的方法 | |
| CN104155289A (zh) | 一种检测汞离子的固态电化学发光传感器及其制备方法和应用 | |
| CN112730367B (zh) | 一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法及装置 | |
| Zhang et al. | Facile fluorescence strategy for sensitive detection of microcystin-LR based on dsDNA-templated copper nanoclusters | |
| Li et al. | Electrochemiluminescence detection of silver ion based on trigeminal structure of DNA | |
| CN117420115A (zh) | 一种基于单颗粒拉曼成像技术的重金属离子检测方法及应用 | |
| CN115791750B (zh) | 一种水凝胶柔性sers基底的制备方法及应用 | |
| CN113720837B (zh) | 一种快速检测水体中汞离子的比色传感器 | |
| Liu et al. | An ultrasensitive aptasensor for prostate specific antigen assay based on Exonuclease T-aided cyclic cleavage | |
| CN109293651A (zh) | 一种水溶液中检测锌离子的比率荧光探针化合物及其检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160622 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |