基于新型指示剂的重金属核酸适体电化学传感器

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基于核酸适体的重金属离子电化学传感技术是目前分析领域的研究热点。传统的重金属核酸适体传感器通常通过标记于适体末端电活性分子的信号变化来实现对目标分子的检测。但传统的生物标记技术因具有标记过程繁琐复杂、标记分子种类单一、信号强度有限等缺点,严重限制了此类传感器的推广和其应用。为解决以上问题,本论文构建了三种基于新型非标记电化学指示剂的的重金属离子电化学传感器,具有方法简单、灵敏度高、选择性好的优点。具体研究内容如下:(1)基于石墨烯(GR)与蒽醌化合物(AQMS)独特的π-π堆积作用力,以及Pb2+与适体DNA(LSA)的特异性结合力,构建了一种新型的、高选择性的Pb2+电化学传感器。首先将末端修饰有巯基的Pb2+核酸适体固定在金电极表面,然后利用GR与适体碱基之间的π-π亲和作用,将GR材料吸附在核酸适体上,并用于平面电活性信号分子AQMS的组装和电子转移信号的放大。当目标分析物(Pb2+)存在时,Pb2+诱导核酸适体构型变化为稳定的G-四联体结构,使得GR连同信号分子AQMS从电极表面脱落,电化学信号降低,从而实现对Pb2+的监测。实验结果表明,传感器对Pb2+具有很好的特异识别性,且在5.0×10-10~5.0×10-8 mol/L的Pb2+浓度范围内,AQMS的电流衰减量(ΔIpa)与Pb2+浓度对数(Log CPb2+)呈现良好的线性关系。根据3σ,计算得检测限达到6.0×10-11 mol/L。(2)基于Hg2+核酸适体(MSA)、中性红分子(NR)、Hg2+形成的三元配合物,构建了一种高灵敏、高选择性的Hg2+适体传感器。首先,将末端修饰有巯基的MSA通过Au-S键固定在金电极表面。当Hg2+存在时,Hg2+与MSA中的T-T错配碱基作用形成“T-Hg2+-T”配位结构,并诱导自由链状的MSA折叠成发夹型的双链结构。随着NR的加入,该分子则嵌入相邻的“T-Hg2+-T”配合物中间,并与Hg2+发生配位作用,从而产生可检测的电化学信号。由于NR的电化学信号强度取决于Hg2+诱导MSA产生的发夹结构的量,因此通过检测NR的电化学信号强度可以实现对Hg2+的监测。吸附等温曲线实验进一步表明NR与MSA的结合比为3:1。最优条件下,传感器对Hg2+具有很好的特异识别性,且在2.7×10-11~8.5×10-9 mol/L的Hg2+浓度范围内,NR的电流增加量(ΔIpa)与Hg2+浓度的对数(Log CHg2+)呈现良好的线性关系。根据3σ,计算得检测限达到1.5×10-12mol/L。(3)构建了一种基于G-四联体构型变化的Pb2+电化学传感器。首先将末端修饰有巯基的Pb2+核酸适体固定在金电极表面,当目标分析物(Pb2+)存在时,Pb2+诱导核酸适体构型变化为稳定的G-四联体结构,继而添加电化学活性分子阿利新蓝(AB)后,铅离子稳定的G-四联体通过与阿利新蓝之间的π-π共轭作用将AB固定在电极表面,电化学信号增加,从而建立了简单灵敏的Pb2+检测方法。实验结果表明,传感器对Pb2+具有很好的特异识别性,且在4.9×10-6~3.9×10-5mol/L的Pb2+浓度范围内,AB的电流增加量(Ipa)与Pb2+浓度对数(LogCPb2+)呈现良好的线性关系。根据3σ,计算得检测限达到1.3×10-7mol/L。
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