基于胸腺嘧啶汞離子胸腺嘧啶結(jié)構(gòu)和納米金放大傳感器檢測汞離

1、基于胸腺嘧啶汞離子胸腺嘧啶結(jié)構(gòu)和納米金放大傳感器檢測汞離子         11-04-23 15:19:00     編輯：studa20                     作者：莫志宏 楊琳玲 楊小超 陳自鋒【摘要】  利用Hg2+與DNA中胸腺嘧啶

2、(T)結(jié)合的高度特異性和納米金在石英晶體微天平(QCM)上的信號放大作用，設(shè)計了一種簡便靈敏的Hg2+檢測方法。納米金采用檸檬酸鈉還原法制備，其表面用末端帶巰基的寡核苷酸探針進行自組裝修飾，并用6巰基己1醇(MCH)部分取代表面探針，以減少雜交空間位阻。結(jié)果表明，寡核苷酸鏈長為9bp、T個數(shù)為7的序列具有較高靈敏度；線性范圍為5.0100 nmol/L；檢出限為2.0 nmol/L；Ca2+、Mg2+等其它金屬離子無明顯干擾。用于環(huán)境水樣中Hg2+的測定, RSD<2.9%；加標(biāo)回收率為97.3%101.2%。 【關(guān)鍵詞】  汞離子，寡核苷酸，納米金，石英晶體微天平Abstra

3、ct  A simple and sensitive method was developed for the detection of mercury ions with quartz crystal microbalance(QCM), based on the specific thymine(T)Hg2+T structure and gold nanoparticles. The gold nanoparticles were prepared by the citrate reduction method. In a selfassembled way, the part

4、icle surface was modified with the probe oligonucleotides which were partially replaced by 6Mercaptohexan1ol to reduce the steric hindrance of hybridization. The sensitivity was optimized by the oligonucleotide with a strand length of 9bp and a T number of 7. The linear range was 5.0100 nmol/L with

5、a detection limit of 2.0 nmol/L. And Ca2+, Mg2+ and other metal ions had no significant interferences. This method was successfully applied for the detection of Hg2+in environmental water samples, with RSD less than 2.9% and recoveries of 97.3%101.2%.Keywords  Mercury ion, oligonucleotide, gold

6、 nanoparticle, quartz crystal microbalance1  引 言    汞對人體健康危害嚴重1,2，是水環(huán)境監(jiān)測的重要指標(biāo)。環(huán)境水樣中Hg2+的測定主要采用等離子體原子發(fā)射光譜法和質(zhì)譜法2,3、熒光法4,5和電化學(xué)法6,7等。目前,這些方法或需要昂貴的儀器，不適合現(xiàn)場分析；或靈敏度和選擇性不能滿足環(huán)境監(jiān)測要求，需要進行分離富集，操作繁瑣費時。研究發(fā)現(xiàn)，Hg2+能介導(dǎo)胸腺嘧啶(T)配對，形成穩(wěn)定的THg2+T特異性結(jié)構(gòu)8；并由此研究了具有良好選擇性的Hg2+檢測方法，包括熒光猝滅9、納米金凝聚比色1013等。但上述方法的靈敏

7、度還有待進一步提高。石英晶體微天平（QCM）是一種基于壓電效應(yīng)的高靈敏質(zhì)量傳感器（靈敏度可達ng級），裝置簡單，使用方便，已廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)傳感檢測14。文獻報道采用聚噻吩15和黑色素16修飾QCM金電極來實現(xiàn)對Hg2+的檢測，靈敏度高，但特異性較差。本研究利用Hg2+與T結(jié)合的高度特異性和納米金在QCM上的信號放大作用，如圖1所示，設(shè)計出富含T的寡核苷酸序列A與B，分別修飾在QCM金電極和納米金表面；只有當(dāng)溶液中存在Hg2+時，A與B才能通過Hg2+的介導(dǎo)配對雜交；此時QCM電極表面質(zhì)量發(fā)生明顯變化，從而建立了靈敏、特異的檢測Hg2+的方法。2 實驗部分2.1 儀器與試劑 

8、60;  UV2450型紫外可見分光光度計(日本Shimadzu公司)；TECRAI20型透射式電子顯微鏡(荷蘭Philips公司)；PSC2UD01壓電芯片與EXCE100壓電傳感實時分析儀(重慶大學(xué)微系統(tǒng)研究中心)；AA2610 型原子吸收分光光度計(北京華洋光學(xué)儀器開發(fā)公司) ;汞空心陰極燈(北京真空儀表廠) 。    1.00 mmol/L Hg(NO3)2標(biāo)準(zhǔn)溶液；緩沖液為10 mmol/L NaH2PO4Na2HPO4+0.10 mol/L NaNO3（pH 7.4，記為PBN）；Piranha溶液：V（70% H2SO4）V（30% H2O

9、2）=31；設(shè)計DNA序列（如圖3a所示，上海生物工程有限公司）；氯金酸和檸檬酸鈉（Amresco公司）；所用試劑均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。2.2 納米金的制備    用檸檬酸鈉還原法1制備納米金（NG），將9.72×104 mol/L氯金酸水溶液加熱至沸騰，加入檸檬酸鈉，使其在反應(yīng)體系中的濃度為4.36×103 mol/L，恒溫加熱攪拌10 min，停止加熱繼續(xù)攪拌至室溫。用紫外可見分光光度計掃描所制備納米金的吸收光譜，最大吸收峰為517.5 nm；用掃描電鏡觀測納米金粒徑約為（10±1.8）nm，納米金粒子濃度為32 nm

10、ol/L。2.3 QCM金電極表面的寡核苷酸修飾    鍍金石英晶片在使用前用Piranha溶液清洗5 min，用N2吹干，加入1 mol/L巰基修飾的寡核苷酸A溶液在室溫下自組裝12 h，然后用PBN緩沖液清洗。為避免DNA在金電極上自組裝時出現(xiàn)相互纏繞或DNA磷酸骨架與金電極的非特異性吸附，采用寡核苷酸A與6巰基己1醇(MCH)摩爾比為110的混合液在QCM金電極表面自組裝。2.4 納米金表面的寡核苷酸修飾    取10 nm的納米金溶液（濃度為32 nmol/L）100 L，加入與納米金摩爾比為200:1的巰基修飾的寡核苷酸B溶

11、液，室溫反應(yīng)24 h后，在PBN中室溫靜置老化48 h，以16000 r/min離心30 min，除去上清液清洗兩次后，分散到PBN中；再加入20 L 0.10 mmol/LMCH溶液，混勻，放置30 min后加入等體積的乙酸乙酯1，使反應(yīng)終止，離心方法同上，最后分散到100 L PBN中，納米金濃度保持在32 nmol/L。MCH起到封閉納米金表面上的非特異性結(jié)合位點和部分取代表面寡核苷酸的作用，以降低納米金表面寡核苷酸密度、減少空間位阻、提高雜交效率。2.5 Hg2+的檢測    在QCM檢測池中加入380 L PBN，啟動QCM檢測平臺，開始記錄頻率，頻率（

12、f0）穩(wěn)定后，分別加入10 L寡核苷酸修飾納米金(BNG)和待測Hg2+溶液，觀測QCM頻率變化（f=ff0），頻率穩(wěn)定后，加入與Hg2+形成更穩(wěn)定螯合物的半胱氨酸溶液(1 mmol/L)1，進行傳感器的再生。f與電極表面質(zhì)量變化成正比，而質(zhì)量變化取決于QCM電極表面結(jié)合的納米金；據(jù)此，f與溶液中Hg2+濃度成正比，用于Hg2+的定量檢測。檢測在室溫下進行。  結(jié)果與討論3.1 Hg2+介導(dǎo)TT配對的QCM頻率響應(yīng)特性    加入Hg2+溶液，QCM頻率變化時間關(guān)系如圖2曲線a所示。曲線b為不含任何金屬離子的空白實驗。由圖2可見，加入BNG后頻率幾乎沒有變化，說明不存在Hg2+時，B沒有與A雜交形成雙鏈，并