CN114577880A - 一种基于金纳米材料及树枝状dna纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，主要包括两个部分：Y‑DNA结构体系，将三条ssDNA（m，n，q）通过碱基互补配对两两杂交，形成Y‑DNA结构。电极体系：将金纳米材料孵育至电极表面，之后将适体链互补的cDNA以Au‑S的方式结合至电极表面。当样本中含有铅离子时，适体链Apt与铅离子结合，使得anchor DNA、发夹H1、H2混合溶液以及Y‑DNA结构与电极上的互补链cDNA结合，最后用清洗缓冲液冲洗电极。此时，由于电极上树枝状双链结构中的负磷酸骨架对[Fe(CN)6]3‑/4‑具有排斥作用，有效地阻止了[Fe(CN)6]3‑/4‑进入电极表面，从而造成响应信号的变化。由此，得到了一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子。本发明与传统的铅离子检测方法相比，具有响应速度快，灵敏度高、重复性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，尤其涉及一种复杂DNA纳米结构结合的制备方法。
背景技术
随着工业活动的增加，会不可避免地向环境中释放出重金属离子，使得重金属污染问题日益严峻。其中Pb是毒性最大的重金属环境污染物之一，当它被排放到环境中，会以Pb2+以及化合物的形式存在，主要进入土壤和水中，不可降解，最后通过生物富集进入人体，对生态系统和人类健康造成威胁。Pb2+会通过皮肤吸收、消化道或食物链积聚在软组织中，特别是肝脏，肾脏和大脑中，对人体的神经系统、消化系统、免疫系统和肝肾功能等造成伤害，如记忆衰退、贫血、心血管功能障碍和精神发育迟滞等。一些国家对环境和食品中的Pb2+含量有严格的要求，例如中国对农田II类土壤中以及饮用水中的Pb2+限制了最高浓度为50nmol/L。因此，对于Pb2+的检测对生命、食品、环境和医学科学等都具有重要的意义。目前铅离子的检测方法主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电化学阳极溶出伏安法等，这些方法虽然灵敏度、准确度较高，但需要昂贵的仪器，检测成本高，同时对操作人员的技术水平要求较高，不适合现场检测。因此，建立一种方便、经济、适用于现场检测的方法对于检测食品中的铅离子含量问题非常重要。
发明内容
一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子。
一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，包括以下步骤：
（1）Y-DNA结构的形成：将三条ssDNA（m，n，q）按照一定浓度比例在溶液中混合均匀，它们可以通过碱基互补配对两两杂交，在PCR仪中完成退火程序，形成Y-DNA结构。
（2）阻抗型适体传感器的构建包括两个部分：Y-DNA结构体系和电极体系。电极体系：将金纳米材料孵育至电极表面，之后将互补链cDNA以Au-S的方式结合至电极表面。当样本中含有铅离子时，适体链Apt与铅离子结合，使得anchor DNA、发夹H1-H2混合溶液以及Y-DNA结构与电极上的互补链cDNA结合，最后用清洗缓冲液冲洗电极。此时，由于电极上树枝状DNA结构中的负磷酸骨架对[Fe(CN)6]3-/4-具有排斥作用，有效地阻止了[Fe(CN)6]3-/4-进入电极表面，从而造成响应信号的变化。由此，得到了一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子。
（3）阻抗型适体传感器以步骤（2）中的复杂体系为工作电极，以饱和氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，通过在缓冲液中对[Fe(CN)6]3-/4-的响应完成对铅离子的检测。
2. 根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（1）中，所述的退火温度为95~100 ℃，时间为5~10min，然后缓慢降温到4~10 ℃，保持30~45 min；
3. 根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（2）中，所述的金纳米材料为金纳米颗粒，金纳米棒，金纳米花中的一种。
4. 根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（2）中，所述的金纳米材料的用量为1~10 μL，孵育时间为0.5 h~2.5 h；所述的cDNA的用量为1~10 μL，浓度为1~4 μmoL/L，孵育时间为0.5 h~2.5 h；所述的anchor DNA、发夹H1、H2混合溶液以及Y-DNA结构的浓度比为1/1/1，1/2/1，1/2/2中的一种。
5. 根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（2）中，所述的清洗缓冲液为邻苯二甲酸-盐酸缓冲液，磷酸盐缓冲液，三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的一种或者多种。
本发明所涉及的传感器中，采用纳米材料与DNA纳米结构结合，与传统的用于检测铅离子的电化学传感器相比具有响应速度快，灵敏度高、重复性好的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下为本发明的较佳实施例详细说明。
附图说明
图1为基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子传感器制备示意图。
图2为所制备传感器在加入Pb2+前（虚线）、后（实线）的交流阻抗结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
具体步骤如下：
（1）Y-DNA结构的形成：准确吸取1 μmol/L三条ssDNA（m，n，q）各2.5 μL于200 μL离心管中，涡旋充分混匀，在PCR仪中设定为在95 ℃，5 min，然后缓慢降温到4 ℃，保持30min，完成退火程序，形成Y-DNA结构。
（2）阻抗型适体传感器的构建包括两个部分：Y-DNA结构体系和电极体系。电极体系：将5 μL金纳米花材料孵育2 h至电极表面，之后将互补链5 μL，2μmol/L cDNA以Au-S的方式结合至电极表面2 h。当样本中含有铅离子时，适体链Apt与铅离子结合，使得anchorDNA、发夹H1-H2混合溶液以及Y-DNA结构按1/1/1浓度比与电极上的互补链cDNA结合，最后用磷酸盐缓冲液冲洗电极。此时，由于电极上树枝状DNA结构中的负磷酸骨架对[Fe(CN)6]3-/4-具有排斥作用，有效地阻止了[Fe(CN)6]3-/4-进入电极表面，从而造成响应信号的变化。由此，得到了一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子。
（3）阻抗型适体传感器以步骤（2）中的复杂体系为工作电极，以饱和氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，通过在缓冲液中对[Fe(CN)6]3-/4-的响应完成对铅离子的检测。交流阻抗的参数设置为：电位为0.19 V，扫描速率为5 mV/s，扫描范围为0.1 Hz~106 Hz，记录阻抗值。
实施例2
具体步骤如下：
（1）Y-DNA结构的形成：准确吸取2 μmol/L三条ssDNA（m，n，q）各2.5 μL于200 μL离心管中，涡旋充分混匀，在PCR仪中设定为在100 ℃，10 min，然后缓慢降温到10 ℃，保持45min，完成退火程序，形成Y-DNA结构。
（2）阻抗型适体传感器的构建包括两个部分：Y-DNA结构体系和电极体系。电极体系：将7 μL金纳米棒材料孵育1.5 h至电极表面，之后将互补链7 μL，4μmol/L cDNA以Au-S的方式结合至电极表面1.5 h。当样本中含有铅离子时，适体链Apt与铅离子结合，使得anchor DNA、发夹H1-H2混合溶液以及Y-DNA结构按1/2/2浓度比与电极上的互补链cDNA结合，最后用邻苯二甲酸-盐酸缓冲液冲洗电极。此时，由于电极上树枝状DNA结构中的负磷酸骨架对[Fe(CN)6]3-/4-具有排斥作用，有效地阻止了[Fe(CN)6]3-/4-进入电极表面，从而造成响应信号的变化。由此，得到了一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子。
（3）阻抗型适体传感器以步骤（2）中的复杂体系为工作电极，以饱和氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，通过在缓冲液中对[Fe(CN)6]3-/4-的响应完成对铅离子的检测。交流阻抗的参数设置为：电位为0.19 V，扫描速率为5 mV/s，扫描范围为0.1 Hz~106 Hz，记录阻抗值。
所制备的电化学传感器对铅离子的检测具有准确度高，线性范围宽，检测限低的特点。同时，对实际样品的检测结果表明所制备的传感器具有非常好的实际应用价值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，包括以下步骤：
（1）Y-DNA结构的形成：将三条ssDNA（m，n，q）按照一定浓度比例在溶液中混合均匀，它们可以通过碱基互补配对两两杂交，在PCR仪中完成退火程序，形成Y-DNA结构；
（2）阻抗型适体传感器的构建包括两个部分：Y-DNA结构体系和电极体系，电极体系：将金纳米材料孵育至电极表面，之后将互补链cDNA以Au-S的方式结合至电极表面；当样本中含有铅离子时，适体链Apt与铅离子结合，使得anchor DNA、发夹H1-H2混合溶液以及Y-DNA结构与电极上的互补链cDNA结合，最后用清洗缓冲液冲洗电极；此时，由于电极上树枝状DNA结构中的负磷酸骨架对[Fe(CN)6]3-/4-具有排斥作用，有效地阻止了[Fe(CN)6]3-/4-进入电极表面，从而造成响应信号的变化；由此，得到了一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子；
（3）阻抗型适体传感器以步骤（2）中的复杂体系为工作电极，以饱和氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，通过在缓冲液中对[Fe(CN)6]3-/4-的响应完成对铅离子的检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（1）中，所述的退火温度为95~100 ℃，时间为5~10 min，然后缓慢降温到4~10 ℃，保持30~45 min。
3.根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（2）中，所述的金纳米材料为金纳米颗粒、金纳米棒和金纳米花中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（2）中，所述的金纳米材料的用量为1~10 μL，孵育时间为0.5 h~2.5 h；所述的cDNA的用量为1~10 μL，浓度为1~4 μmoL/L，孵育时间为0.5 h~2.5h；所述的anchor DNA、发夹H1、H2混合溶液以及Y-DNA结构的浓度比为1/1/1，1/2/1，1/2/2中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于金纳米材料及树枝状DNA纳米结构的阻抗型适体传感器检测铅离子，其特征在于，步骤（2）中，所述的清洗缓冲液为邻苯二甲酸-盐酸缓冲液，磷酸盐缓冲液，三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的一种或者多种。
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- 2022-03-15 CN CN202210252523.XA patent/CN114577880B/zh active Active
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Also Published As
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|---|---|
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