用于检测铅的适配体传感器及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适配体传感器技术领域，尤其涉及一种用于检测铅的适配体传感器及 其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着工业技术的快速发展，水污染问题日益严重，已经成为全球性的环境问题。 2003年，美国华盛顿检测到饮用水中铅含量过高，污染物已经到了致危的剂量，这一事件引 起了全世界的广泛关注。水体中铅含量过高会通过食物链、水体，直接或间接的进入人体， 引起神经系统、心血管系统、生殖系统等疾病，甚至会引起"三致"：致癌、致畸、致突变，严重 损害人的身体健康。美国环境保护署(EPA)规定饮用水中铅含量的最高浓度为72nM，但是铅 含量低于72nM时也有可能导致儿童的神经系统发育受到阻碍。因此，发展一种超灵敏检测 水中铅含量的传感器是十分有必要的。
[0003] 近年来，关于铅的检测方法有很多，包括原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体 原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，都是标准的检测铅的方 法。但是，这些方法成本昂贵，需要复杂的检测仪器和检测材料，以及复杂的检测步骤，并且 容易受其他离子的干扰，费时费力。现今，电化学方法日益发展成熟，由于其具有灵敏度高、 特异性强、价格低廉并且简单等特点，日益引起了人们的关注，成为了环境保护工作中的一 个研究热点。因此，将电化学方法应用于铅含量检测是业内人士所努力的方向。
【发明内容】
[0004] 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、使用寿命 长、抗干扰能力强、检测精度高、稳定性高、重复性强和效率高的基于金纳米材料用于检测 铅的适配体传感器，并相应提供一种方法简单、成本低廉、制作快速的适配体传感器的制备 方法，在此基础上，还提供一种上述适配体传感器的应用，该应用能够以低成本、简化操作、 快速响应、高检测精度及较强抗干扰性等特点实现对铅离子的高效检测。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种用于检测铅的适配体传感器，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电 极，所述玻碳电极的反应端表面修饰有纳米多孔金，所述纳米多孔金表面修饰有DNAzyme探 针，纳米金标记的DNA探针与所述DNAzyme探针通过互补配对连接，所述DNAzyme探针为SEQ ID N0.1的DNA序列；所述纳米金标记的DNA探针为SEQ ID N0.2的DNA序列。
[0007] 上述的适配体传感器中，优选的，所述SEQ ID N0.1的DNA序列，具体为5'-SH-(CH2)6-TTTCATCTCTTCTCCGAGCCGGTCGAAATAGTGAGT-3,；所述SEQ ID N0.2的DNA序列，具体 为5 '-SH-(CH2)6-ACTCACTATArGGAAGAGATG-3 '。
[0008] 作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述适配体传感器的制备方法，包括 以下步骤：
[0009] S1、制作一玻碳电极，将纳米多孔金固定于所述玻碳电极的反应端表面得到纳米 多孔金修饰的玻碳电极；
[0010] S2、将步骤S1得到的纳米多孔金修饰玻碳电极浸泡于含有DNAzyme探针，Tris-acetate缓冲溶液以及TCEP的混合溶液中，所述DNAzyme探针通过金硫共价键固定在所述纳 米多孔金修饰的玻碳电极的反应端表面，得到组装有DNAzyme探针的纳米多孔金修饰的玻 碳电极；
[0011] S3、在步骤S2得到的组装有DNAzyme探针的纳米多孔金修饰的玻碳电极反应端表 面滴加巯基乙醇，使巯基乙醇占据未组装DNAzyme探针的位点；
[0012] S4、将经过所述步骤S3处理后的组装有DNAzyme探针的纳米多孔金修饰的玻碳电 极浸泡在纳米金标记的DNA探针溶液中培养，使所述DNAzyme探针与纳米金标记的DNA探针 互补配对连接形成双链DNA探针，完成适配体传感器的制备。
[0013] 上述的制备方法中，优选的，所述步骤S1中纳米多孔金的制备方法为:将金银合金 置于浓硝酸溶液中，待银完全腐蚀，清洗，并调节pH至中性，得到所述纳米多孔金。
[0014]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2具体为:将步骤S1制备的纳米多孔金修饰 的玻碳电极浸泡于含有1~5μΜ DNAzyme探针、10~20mM Tris-acetate缓冲溶液和1~ 5mMTCEP溶液的混合溶液中，反应得到组装有DNAzyme探针的纳米多孔金修饰的玻碳电极。
[0015] 上述的制备方法中，优选的，所述步骤S4中纳米金标记的DNA探针的制备方法为： 将ΙΟμΜ的DNA探针加入到acetate缓冲溶液和TCEP溶液的混合溶液中活化，后加入浓度为 10nM的纳米金溶液，避光反应得到纳米金标记的DNA探针。
[0016] 上述的制备方法中，优选的，所述纳米金溶液的制备方法为:取浓度为0. lg/L的氯 金酸水溶液加热至沸腾并保持沸腾状态1~3min，然后在lOOOrpm搅拌速度下快速加入浓度 为l〇g/L的柠檬酸三钠溶液，持续加热并保持搅拌速度不变，直至所得溶液颜色由淡黄色转 为酒红色后停止加热，继续搅拌15~30min，冷却后制得含纳米金颗粒的溶液。
[0017] 作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述适配体传感器或采用上述制备 方法制得的适配体传感器在检测铅中的应用，包括以下步骤：
[0018] (1)将适配体传感器的玻碳电极浸入三氯化六铵合钌溶液，采用计时库仑法测定 库仑值；
[0019] (2)以适配体传感器的玻碳电极作为工作电极，将其浸泡在含铅离子的Tris-acetate 缓冲溶液中反应，取出后置于三氯化六铵合钌溶液中测定库仑值；
[0020] (3)根据铅离子浓度与所述步骤(1)、所述步骤(2)的库仑值构建线性回归方程，根 据线性回归方程计算待测溶液中的铅离子浓度。
[0021] 上述的应用中，优选的，所述铅离子浓度与库仑值变化的线性回归方程为：
[0022] y = -(0.9411±0.04111)x-(6.177±0.3676) (1)
[0023] 式（1)中，y为检测时铅离子库仑值的变化值，即Δ Q，单位为C; X为待测溶液中铅离 子浓度值自然对数值，即log[Pb2+]，铅离子浓度的单位为Μ;式（1)的相关系数R 2 = 0.9887， 铅离子检测线性范围为5.0 X 10_η~1.0 X 10_7Μ，检测下限为1.2 X 10_ηΜ。
[0024] 上述的应用中，优选的，所述三氯化六铵合舒浓度为10~80yM，Tris-acetate缓冲 溶液pH为6.5~9.0，反应时间为30~60min。进一步优选的，所述三氯化六铵合钌浓度为50 ~80yM，Tris-acetate缓冲溶液pH为8.0,反应时间为30~60min。
[0025]上述的应用中，优选的，所述步骤（1)计时库仑法中脉冲周期为200~300ms，脉冲 宽度为600~800mV。进一步优选的，步骤（1)计时库仑法中脉冲周期为250ms，脉冲宽度为 700mV〇
[0026]与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0027] 1、本发明提供的用于检测铅的适配体传感器，纳米金标记的基质单链DNA探针与 DNAzyme探针通过碱基互补配对连接形成双链DNA探针，如果待测水体中存在铅离子，纳米 金标记的基质单链DNA会在r位点发生断裂，使得标记有纳米金的部分单链DNA脱离电极表 面，从而得到溶液中铅离子的浓度。
[0028] 2、本发明提供的用于检测铅的适配体传感器具有优化的微观结构。首先，将玻碳 电极用纳米多孔金修饰，引入纳米多孔结构，使得其表面积增大，提高电极的导电性的同时 还能够在表面连接更多的DNAzyme探针，从而提高了检测范围与检出限；其次，利用纳米金 颗粒标记的基质单链DNA探针能够提供更多的与电化学信号物质三氯化六铵合钌的结合位 点，使适配体传感器通过协同增效，双重放大了对铅离子的检测，大大提高了适配体传感器 的稳定性、重复性和传感器结构的可靠性，提高了适配体传感器的检测水平。
[0029] 3、本发明提供的用于检测铅的适配体传感器制作简单、检测范围广、抗干扰能力 强、可重复使用，可以实现对铅离子的高效检测。
[0030] 4、本发明的适配体传感器的制备方法工艺步骤简单、成本低、制作效率高。
[0031] 5、本发明适配体传感器在检测重金属铅离子中的应用，将玻碳电极浸泡在含铅离 子的pH为6.5~9.0的Tris-acetate缓冲溶液中反应，后置于三氯化六铵合钌浓度为10~80 μΜ的Tris-acetate缓冲溶液中，纳米金标记的基质单链DNA会在r位点发生断裂，使其脱离 电极表面，从而改变了三氯化六铵合钌的吸附位点，根据由此产生的电化学信号变化即可 计算出溶液中铅离子的浓度。该应用成本低廉，操作简单，响应快速，检测精度高且抗干扰 性强。
【附图说明】
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