一种基于稀磁半导体的钾离子核酸适配体光电化学传感器的构建及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学分析测试领域，具体涉及一种基于稀磁半导体的钾离子核酸适配 体光电化学传感器的构建及检测方法。
【背景技术】
[0002] 钾离子在生物体系里是一种重要的阳离子，其在生物进程中扮演着各种各样的角 色，例如：神经传输、维持肌肉力量和细胞外的渗透性、酶活化、细胞凋亡、血压的调整、pH 值及活细胞中其他离子浓度的控制等。钾离子浓度的不正常波动是许多疾病的标志，其包 括酒精中毒、食欲不振、贪食症、心脏病、糖尿病、艾滋病、癌症等。因此，检测钾离子对疾病 的鉴定及诊断具有重要的价值及意义。在各种各样的钾离子检测方法中，G-四联体基核酸 适配体传感器因具有极好的灵敏度和选择性而引起人们广泛的兴趣。例如：稳定的色度法、 荧光分光光度法、电化学核酸适配体传感法等。然而这些方法都需要特殊的纳米材料如纳 米金或氧化还原指示剂如铁来传输信号。因此，发展一种简单的，免标记的、经济的方法仍 然是一种挑战。光电化学检测是一种新颖的测试方法，该方法是基于光激发光电信标导致 电子-空穴对的分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在分析物、半导体、及探针分子间 快速传递，从而形成光电流，分析物的存在能够定量地影响光电流的变化，从而实现对分析 物的光电化学检测。就光电信标而言，目前的设计体系主要基于单一的半导体，例如：纳米 二氧化钛、硫化镉、硒化镉、碲化镉、吡啶钌、聚噻吩衍生物等。然而，单一的半导体由于光生 电子对易复合，从而抑制光电信号的产生及进一步地影响光电化学检测灵敏度。最近，能够 促进载流子有效分离的异质结半导体和局域表面等离子体技术陆续应用于光电化学传感， 然而这些方法具有合成方法复杂，周期长，成本高等特点。因此，寻找一种原位一步合成的 过渡金属离子掺杂稀磁半导体作为一种新颖的光电信标是分析化学工作者们努力的新方 向。利用该技术构建的光电化学核酸适配体传感器具有响应快、灵敏度高、选择性好、简单、 便携、经济、环境友好等特点。然而到目前为止，尚未见有基于稀磁半导体钾离子核酸适配 体的光电化学检测方法报道，钾离子核酸适配体基光电化学传感器的构建及检测方法仍是 目前该领域的空白。
【发明内容】
[0003] 发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种灵敏度高、选择性好的 基于稀磁半导体的钾离子核酸适配体光电化学传感器的构建及检测方法。
[0004] 技术方案：本发明所述的一种基于稀磁半导体的钾离子核酸适配体光电化学传感 器的构建方法，包括如下步骤：
[0005] (1)采用体积比为1:1:30~50的氨水、双氧水和水的混合溶液对ΙΤ0导电玻璃电 极进行清洗，然后用水冲洗干净后置于空气中晾干待用；
[0006] (2)将步骤（1)中晾干后的ΙΤ0导电玻璃电极浸入硝酸锌、硝酸钾和硫酸锰的混合 溶液中进行电化学沉积，相对于银/氯化银电极的沉积电位为-ο. 8~-1. 2V，沉积温度为 60~100°C，沉积时间为90~150min，沉积后得到Μη掺杂树技状氧化锌纳米棒光阳极；
[0007] (3)用水清洗步骤⑵中的Μη掺杂树技状氧化锌纳米棒光阳极，清除电极表面结 合不牢的物质，在60~100°C条件下干燥90~150min，得到结构稳固的Μη掺杂树技状氧 化锌纳米棒光阳极薄膜；
[0008] (4)将步骤（3)中得到的Μη掺杂树技状氧化锌纳米棒光阳极浸入含有0· 5~ 1. 5μπιο?L1钾离子核酸适配体的磷酸盐缓冲溶液体系中，在20~30°C条件下自组装 10~12h，将钾离子核酸适配体固定在Μη掺杂树技状氧化锌纳米棒光阳极表面，用0. 05~ 0. 15molL1磷酸盐缓冲溶液洗去表面组装不牢的钾离子核酸适配体，得到钾离子核酸适配 体基光电化学传感器。
[0009] 优选地，步骤（2)所述混合液中硝酸锌溶液的浓度为0. 3~0. 8mmolL\硝酸钾 溶液的浓度为0. 05~0. 15molL\混合溶液中所述Mn2+与Zn2+的摩尔比为8%~30%。
[0010] 优选地，步骤（3)中所述Μη掺杂树技状氧化锌纳米棒光阳极薄膜是通过掩膜法制 备的直径为5mm的圆形薄膜。
[0011] 优选地，步骤（4)中所述磷酸盐缓冲溶液体系为磷酸盐缓冲溶液与氯化钠溶液 的混合液，所述磷酸盐缓冲溶液的浓度为0. 05~0. 15molL\所述氯化钠溶液的浓度为 0. 04 ~0. 06molL^
[0012] 步骤（4)中所述钾离子核酸适配体的碱基序列为5'-GGGTTAGGGTTA GGGTTAGGG-3, 。
[0013] 优选地，步骤（4)中所述钾离子核酸适配体的浓度为1μπιο?L、
[0014] 本发明中所述的基于稀磁半导体的钾离子核酸适配体光电化学传感器的检测方 法，包括如下步骤：
[0015] (1)将制备好的钾离子核酸适配体基光电化学传感器浸入含钾离子溶液中，在 30~40°C条件下静置5min后用0. 05~0. 15molL1的磷酸盐缓冲溶液和水交叉洗涤，清 洁表面未结合牢固的钾离子；
[0016] (2)将结合钾离子后的光电化学传感器浸入30mLpH为7的含有槲皮素的磷酸盐 缓冲溶液中，采用电流-时间实验技术，在偏置电位为〇.IV~0. 4V、200W~300W的模拟太 阳光照条件下测试光电流，并记测试结果，根据结果拟定钾离子浓度-光电流定量关系曲 线；
[0017] (3)将钾离子核酸适配体基光电化学传感器浸入尿液中，根据步骤⑵中拟定的 钾离子浓度-光电流定量关系曲线，测算待测尿液中钾离子的浓度。
[0018] 优选地，步骤（1)中所述钾离子溶液浓度为0· 012~11. 901nmolL、
[0019] 优选地，步骤（2)中所述磷酸盐缓冲溶液的浓度为0. 05~0. 15molL\所述槲皮 素浓度为lmmolL\体积为10~20mL。
[0020] 优选地，步骤（2)中所述磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.lmolL\所述槲皮素体积为 15mL时起到最佳促进载流子对分离的效果。
[0021] 检测结果显示，随着钾离子溶液浓度的升高，光电流的大小在一定浓度范围内也 呈现定量的变化，根据此定量变化关系可以拟定钾离子浓度-光电流定量关系方程，测算 待测样品中钾离子的浓度。
[0022] 有益效果：（1)本发明采用一步法电化学合成Mn2+掺杂树枝状氧化锌稀磁半导体 纳米棒作为光电信标，并通过调控Mn2+的比例，使Μη2+摩尔比为8 %~30 %，制备出了性 能优异的光电信标，提高光电化学检测灵敏度；(2)本发明制备基于稀磁半导体的钾离子 核酸适配体光电化学传感器所用的设备简单，也没有复杂的样品处理过程，具有成本低、易 制作、效率高的优点；（3)本发明的检测机理是基于钾离子与其对应核酸适配体的特异性 作用，且经过实验鉴定，排除了其他常见离子的干扰，提高其光电化学法检测的选择性；(4) 本发明通过拟定钾离子浓度-光电流定量关系曲线，构建了一个新型的核酸适配体稀磁半 导体基光电化学传感平台并将其用于钾离子的超灵敏检测。
【附图说明】
[0023] 图1为基于G-四联体核酸适配体构象变化的钾离子光电化学传感器的结构示意 图；
[0024]图2为低分辨率氧化锌纳米棒场发射扫描电镜图片㈧和16%摩尔比锰掺杂氧 化锌纳米棒场发射扫描电镜图片（C);高分辨率氧化锌纳米棒场发射扫描电镜图片（Β)和 16%摩尔比锰掺杂氧化锌纳米棒能谱图（D);
[0025] 图3为16 %