用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器及其制备方法和应用，其中电化学DNA传感器包括在三电极体系中用作工作电极的玻碳电极，玻碳电极反应端表面修饰有包括自掺杂聚苯胺纳米纤维、有序介孔碳和金纳米粒的组成的复合膜，复合膜表面自组装有DNA捕获探针，DNA捕获探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.1的DNA序列。其制备方法，包括修饰自掺杂聚苯胺纳米纤维和有序介孔碳、电沉积金纳米粒子、组装DNA捕获探针等步骤。本发明专利技术的用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器，能够检测两种目标物质、稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低，可用于检测汞离子或半胱氨酸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物传感器
，尤其涉及一种用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
汞作为重金属污染物之一，具有高毒性并对人体健康和生态系统有着严重危害性。汞在环境中的存在形式有很多种，其中汞离子(Hg2+)作为一种最常见和最稳定的存在形式，广泛地分布在各类水体中。世界健康组织(WHO)曾规定饮用水中汞离子总含量不能超过0.001mg/L。由此可见，专利技术一种绿色环保、成本低廉且可以快速灵敏地检测水体中的汞离子浓度的传感器是极其必要的。半胱氨酸(Cys)是一种含硫的自然氨基酸，在生物有机体内扮演着重要的角色，其与生物体内蛋白质的合成有着密不可分的联系。近些年来，Cys被发现可作为一种潜在的神经毒素标志物，以及各种疑难杂症如心脏病和AIDS的生理调节剂。因此对生物样品内的Cys进行定量检测也显得极其重要。目前，关于检测汞离子和Cys的方法有很多，其中传统的检测技术包括原子吸收/发射光谱法(AAS/AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、冷蒸汽原子荧光光谱法(CVAFS)、高效液相色谱法(HPLC)以及毛细管电泳法等，这些方法虽然有较高的精确度和灵敏性，但往往样品制备复杂且耗时长，要求专业的操作人员且机器笨重、成本高。近些年来，伏安法、荧光法等一系列新的方法被研究用来检测汞离子和Cys，而电化学方法由于其独特的优势如方便携带、灵敏度高等已被广泛研究并应用于检测重金属离子或有机物分子。现今，随着电化学技术及生物传感技术的日益成熟，各式各样的电化学生物传感器已经被研发并用于检测各种目标物质，其中电化学DNA传感器便是目前研究比较广泛的一种传感器之一。这些传感器中的大部分有着良好的线性范围和低的检测极限，然而它们中大多数只针对一种目标对象，不能用来检测多种物质。为了提高传感器的利用效率，专利技术一种可以检测多种目标物质的传感器也是极其必要的。此外，在构建电化学生物传感器的过程中，工作电极作为其中重要的一部分，如何提高它的稳定性和电子传导能力也是研究的热点和重点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够检测两种目标物质、稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低的用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器，并相应提供一种简单安全，成本低，制作快速的电化学DNA传感器的制备方法，在此基础上，还提供一种上述电化学DNA传感器的应用，该应用能够以低的检测极限及较强的抗干扰性分别实现对汞离子和半胱氨酸的检测。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种电化学DNA传感器，包括在三电极体系中用作工作电极的玻碳电极，所述玻碳电极反应端表面修饰有包括自掺杂聚苯胺纳米纤维、有序介孔碳和金纳米粒子的组成的复合膜，所述复合膜表面自组装有DNA捕获探针，所述DNA捕获探针的核苷酸序列为SEQIDNO.1的DNA序列。进一步优选的，所述自掺杂聚苯胺纳米纤维、有序介孔碳和金纳米粒子从内至外依次排列于所述玻碳电极反应端表面形成复合膜。进一步优选的，所述DNA捕获探针可通过T-Hg2+-T结构错配形成发夹结构。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的电化学DNA传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、修饰自掺杂聚苯胺纳米纤维：在玻碳电极反应端表面滴加自掺杂聚苯胺纳米纤维悬浮液，得到自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极；S2、修饰有序介孔碳：在所述步骤S1得到的自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面滴加有序介孔碳悬浮液，得到有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极；S3、电沉积金纳米粒子：在所述步骤S2得到的有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面电沉积金纳米粒子，得到金纳米粒子/有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极；S4、自组装DNA捕获探针：在所述步骤S3得到的金纳米粒子/有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面滴加DNA捕获探针进行反应，使所述DNA捕获探针通过金硫共价键固定在所述玻碳电极反应端表面，完成所述电化学DNA传感器的制备。上述的制备方法，优选的，所述步骤S1中的自掺杂聚苯胺纳米纤维采用一步化学氧化法合成。进一步优选的，所述化学氧化法的具体步骤为：将溴化十六烷基三甲铵(CTAB)，苯胺(AN)，2-氨基苯磺酸(ABS)溶解于盐酸溶液中，然后加入过硫酸铵(APS)溶液，在5℃下反应24h得到自掺杂聚苯胺纳米纤维。进一步优选的，所述CTAB、AN、ABS的质量比为0.22∶0.46∶0.86。所述过硫酸铵的浓度为0.06M。上述的制备方法，优选的，所述步骤S2中的所述有序介孔碳采用以下方法制备得到：S2-1.合成硅基分子筛SBA-15：将嵌段共聚物P123和正硅酸乙酯混合后在140℃～150℃下水浴，然后焙烧得到硅基分子筛SBA-15；S2-2.合成有序介孔碳：所述硅基分子筛SBA-15与水、蔗糖、浓硫酸混合得到混合物，将所述混合物置于100℃～160℃温度下干燥直至混合物变为黑色，然后将黑色的混合物置于惰性气体保护下进行高温热解得到热解产物，将所述热解产物经过洗涤、干燥等步骤得到所述有序介孔碳。上述的制备方法，优选的，所述步骤S3中，采用计时电流法将所述金纳米离子沉积在所述有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面，所述计时电流法的沉积电位为0.2V，沉积时间为60s～150s。上述的制备方法，优选的，所述步骤S4具体为：在所述步骤S3得到的金纳米粒子/有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面滴加DNA捕获探针，在4℃下反应12h；然后转入6-巯基乙醇(MCH)溶液中培养0.5h～1h，完成所述电化学DNA传感器的制备。进一步优选的，所述DNA捕获探针的浓度为1μM～5μM。所述6-巯基乙醇的浓度为1mM。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种所述的电化学DNA传感器或采用所述制备方法制得的电化学DNA传感器在检测汞离子中的应用。上述的应用，优选的，所述检测汞离子的应用方法包括以下步骤：(1)将所述电化学DNA传感器的玻碳电极反应端浸泡在含汞离子的待测溶液中反应，使所述电化学传感器上的DNA捕获探针与待测溶液中的汞离子形成T-Hg2+-T错配；(2)将所述电化学DNA传感器转入含信号指示剂AQDS的溶液中，使所述AQDS插入DNA双链中；(3)以经过所述步骤(2)处理过后的玻碳电极作为工作电极，置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器，包括在三电极体系中用作工作电极的玻碳电极，其特征在于，所述玻碳电极反应端表面修饰有包括自掺杂聚苯胺纳米纤维、有序介孔碳和金纳米粒的组成的复合膜，所述复合膜表面自组装有DNA捕获探针，所述DNA捕获探针的核苷酸序列为SEQ ID NO.1的DNA序列。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测汞离子或半胱氨酸的电化学DNA传感器，包括在三电极体系中用作工
作电极的玻碳电极，其特征在于，所述玻碳电极反应端表面修饰有包括自掺杂聚苯胺纳米
纤维、有序介孔碳和金纳米粒的组成的复合膜，所述复合膜表面自组装有DNA捕获探针，所
述DNA捕获探针的核苷酸序列为SEQIDNO.1的DNA序列。
2.一种如权利要求1所述的电化学DNA传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1、修饰自掺杂聚苯胺纳米纤维：在玻碳电极反应端表面滴加自掺杂聚苯胺纳米纤维
悬浮液，得到自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极；
S2、修饰有序介孔碳：在所述步骤S1得到的自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反
应端表面滴加有序介孔碳悬浮液，得到有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电
极；
S3、电沉积金纳米粒子：在所述步骤S2得到的有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰
的玻碳电极反应端表面电沉积金纳米粒子，得到金纳米粒子/有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳
米纤维修饰的玻碳电极；
S4、自组装DNA捕获探针：在所述步骤S3得到的金纳米粒子/有序介孔碳/自掺杂聚苯胺
纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面滴加DNA捕获探针进行反应，使所述DNA捕获探针通过
金硫共价键固定在所述玻碳电极反应端表面，完成所述电化学DNA传感器的制备。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用计时电流法将所
述金纳米离子沉积在所述有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表
面，所述计时电流法的沉积电位为0.2V，沉积时间为60s～150s。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在所述步骤S3得
到的金纳米粒子/有序介孔碳/自掺杂聚苯胺纳米纤维修饰的玻碳电极反应端表面滴加DNA
捕获探针，在4℃下反应12h；然后转入6-巯基乙醇溶液中培养0.5h～1h，完成所述电化学
DNA传感器的制备。
5.一种权利要求1所述的电化学DNA传感器或采用权利要求2至4任一项所述制备方法
制得的电化学DNA传感器在检测汞离子中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述检测汞离子的应用方法包括以下步
骤：
(1)将所述电化学DNA传感器的玻碳电极反应端浸泡在含汞离子的待测溶液中反应，使
所述电化学传感器上的DNA捕获探针与待测溶液中的汞离子形成T-Hg2+-T错配；
(2)将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，谢霞，周耀渝，曾光明，彭博，龙蓓青，邓垚成，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43