基于银染放大的超痕量铅镉离子可视化检测技术

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重金属污染严重威胁人类健康,目前已经成为全球关注的环境问题之一。其中,重金属铅、镉对人的危害尤为严重,可造成高血压、肾脏损伤、神经系统损伤等后果,特别是铅对儿童神经系统所形成不可逆的损伤,严重影响儿童智力发育。美国国家环境保护局(U.S.Environment Protection Agency,EPA)规定了生活饮用水中铅、镉离子的安全限值分别为0.015 mg/L和0.005 mg/L。传统的铅、镉离子检测方法包括石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)、原子发射光谱法(AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等,这些方法均具有很高的灵敏度,能够满足实际样品中超痕量重金属离子的检测需求,然而这些方法均需大型仪器和专业技术人员,操作复杂,检测成本高,难以实现现场检测,不能满足大众化检测需求。因此探索实时、快速的铅镉离子检测方法具有重要的研究价值。近年来,随着纳米材料在分析检测方面的广泛应用,一些借助于量子点(QDs)、纳米金(AuNPs)、石墨烯等纳米材料的电化学分析法、荧光法、比色法等进一步实现了铅镉离子的简单、快速检测。其中,比色法由于操作简便,结果肉眼可见,检测成本低,可用于现场检测等优点,在大众化检测铅镉离子方面有着重要的应用前景。银染技术是一种优良的信号放大手段,能够极大程度的提高分析检测的灵敏度。适配体是一类体外筛选的寡核苷酸序列,对靶分子具有较高的亲和力和选择性。由于适配体能够体外高通量合成且易于修饰,并且能够长期稳定的保存,使其在生物分析方面的应用比抗体更为有效和广泛。基于此,本文提出将比色法和银染技术相结合,建立一种超痕量铅镉离子的可视化检测方法,实现环境样品中铅镉离子的简单、快速、灵敏检测。具体内容包括:(1)建立了一种基于银染放大的铅镉离子纤维素膜试纸检测方法。主要步骤为:以乙酸纤维素膜(CAM)为固相载体,铅镉离子存在条件下,吸附在CAM上的双硫腙(Dz)可与之形成Dz-Pb2+/Cd2+络合物;通过在反应体系中加入S2-,使得Dz-Pb2+/Cd2+进一步转化形成Dz-PbS/CdS复合物;新生成的Dz-PbS/CdS复合物可作为后续银染反应的催化剂,加速银染进程;随着银颗粒的不断沉积而使CAM产生颜色变化;通过分析CAM的灰度值,实现铅镉离子的定性及半定量检测。(2)对超痕量可视化铅镉离子检测试纸进行了可行性的验证,并优化了反应条件,确定了检测方法的线性范围,并成功用于实际样品中铅镉离子的检测。在最优条件下,CAM灰度差值与Pb2+/Cd2+浓度的对数呈现良好的线性关系(R2=0.984),且裸眼检测限可达1 nmol/L(0.0002 mg/L),实际样品的加标回收率在95%-115%之间。(3)设计了结合适配体和银染技术的铅离子可视化检测方法。主要步骤是通过修饰活化的载玻片固定特异性适配体PS2.M有效结合铅离子,并将铅离子转变成PbS,进行银染信号放大,达到定性检测的目的。进一步分析灰度信号比值(ODR),实现Pb2+的半定量检测。实验结果表明,当适配体PS2.M浓度为2μmol/L,银染时间为20 min,Pb2+浓度在0.5μmol/L-10μmol/L范围内,ODR值与lgC呈现良好的线性关系(R2=0.951)。
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