一种重金属离子电化学传感器的制备方法及应用技术

技术编号:15327019 阅读:9 留言:0更新日期:2017-05-16 11:06
本发明专利技术属于分析化学或环境监测技术领域,提供了一种基于生物条形码与银染双重信号放大技术联用构建重金属离子电化学传感器的制备方法及对水体中重金属离子的检测方法。利用自组装方法,将富含C碱基的底物链(sub-DNA)通过Au-S键固定在金电极表面;一定条件下,Ag

Preparation method and application of heavy metal ion electrochemical sensor

The invention belongs to the technical field of chemical analysis or environmental monitoring, provides a bio barcode with silver staining based on double signal technology preparation method of construction of heavy metal ion electrochemical sensor coupled with amplification and detection methods of heavy metal ions in water. The substrate rich C base chain (sub-DNA) was immobilized on the surface of gold electrode by Au-S bond by self assembly method. Under certain conditions, Ag

【技术实现步骤摘要】
一种重金属离子电化学传感器的制备方法及应用
本专利技术属于分析化学或环境监测
,涉及一种基于生物条形码和银染双重信号放大技术联用构建的重金属离子Ag+的电化学传感器的制备方法及对水体样品中重金属离子的检测方法。具体的是利用生物条形码结合银染信号放大技术和电化学分析检测技术对水体中的重金属离子Ag+进行灵敏检测。
技术介绍
银已经被广泛应用于生产硬币、珠宝、餐具、合金、电气设备、反射镜和用于摄影的化学品中。银离子(Ag+)同时也是一种危险的重金属离子,它能通过食物链或者饮用水进入人体,对细胞具有毒性,伴随着银中毒,肠胃炎、神经紊乱、精神疲劳、风湿、软骨打结、成纤维细胞等对人体健康造成危害。因此,发展快速测定微量Ag+的方法十分重要。研究表明,金属离子能选择性的结合到天然或人工的DNA碱基上,形成以金属介导的碱基对,通过寡核苷酸结构的变化来检测金属离子。类似地,Ag+能特异性识别胞嘧啶(C)-胞嘧啶(C)错配,形成稳定的C-Ag+-C结构,这促使了Ag+传感检测方法的快速发展。纳米粒子在纳米技术和纳米科学的发展中具有重要的推动作用,相比传统材料,其具有独特的性质。金纳米粒子(AuNPs)在纳米粒子中广受传感器研究者的青睐,特别是近些年在DNA传感器的研究开发中。巯基修饰的DNA可以与AuNPs通过Au-S共价键连接,实现AuNPs与生物活性分子的结合。目前,AuNPs-DNA探针已被应用于蛋白质、小分子和金属离子的检测。银增强作为一种信号放大技术常常用于免疫传感研究,同时也能提高检测灵敏度。该技术中,AuNPs本身能够催化还原Ag+,Ag+在温和的还原剂(如对苯二酚)作用下能够还原为银单质,沉积在AuNPs表面,形成银层。同时,在银层的催化下,更多的Ag+被还原,导致AuNPs表面的银层生长成银壳,显著增大了检测信号。电化学检测技术是近年来发展较快的一种分析方法,电化学法的检测限较低,灵敏度较高,操作简便,检测速度快,是一种基本上对环境无污染的绿色技术,受到了国内外研究者的广泛重视。纳米材料结合生物条形码和银染信号放大技术所构建的电化学传感器在重金属污染物检测方面具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种基于生物条形码和银染双重信号放大技术联用检测重金属离子的方法。本专利技术的目的之二是提供一种基于生物条形码和银染双重信号放大技术联用构建的重金属电化学传感器的制备方法。本专利技术的目的之三是将所制得的电化学传感器用于Ag+的高灵敏、快速检测。本专利技术的技术方案,包括以下步骤:一种基于生物条形码和银染双重信号放大技术联用检测重金属Ag+离子的方法(1)寡核苷酸序列设计本专利技术所设计的寡核苷酸序列如下:底物链(sub-DNA):5’-CCTCCAACCTCT-SH-(C6)-3’生物条形码链(bioDNA):5’-SH-(C6)-ACACCTTCCACC-3’将寡核苷酸溶解在10mMpH7.4的磷酸缓冲溶液中,-18℃保存备用;(2)bioDNA-AuNPs的制备采用柠檬酸还原法制备AuNPs。将1mL1%的HAuCl4溶液稀释至100mL,搅拌下加热回流,加入3mL1%的柠檬酸三钠溶液,继续回流至溶液颜色由淡黄变为酒红色。室温下搅拌冷却,得到AuNPs溶液。将AuNPs与1mM活化的bioDNA在4°C下反应12h,加入10mMPBS(pH7.4,20mMNaCl)孵化4h,12000rpm下离心5min,将沉淀重新分散在10mMPBS(pH7.4,50mMNaCl)中,得到bioDNA-AuNPs,4℃保存备用;(3)银增强溶液的制备配制1.5mM的AgNO3溶液(A)、52mM的对苯二酚溶液(B)、120mM柠檬酸和80mM柠檬酸钠溶液(C),将A、B和C三种溶液等体积混合,得到银增强溶液;(4)生物条形码和银染双重信号放大技术联用利用自组装方法,将富含C碱基的底物链(sub-DNA)通过Au-S键固定在金电极表面。一定条件下,溶液中Ag+与AuNPs上标记的富含C碱基的生物条形码链(bioDNA)选择性的结合,形成稳定的C-Ag+-C络合物,Ag+和AuNPs接近电极表面,电子传递能力增强。当Ag+通过dsDNA结构吸附到DNA骨架上,以对苯二酚作为还原剂,Ag+被还原为银纳米颗粒,聚集在纳米金表面及电极表面,电化学检测信号二次放大。位于Ag+-DNA中的银纳米颗粒以及金核银壳([email protected])纳米复合物成为了电化学信号放大器。一种基于生物条形码和银染双重信号放大技术联用构建的重金属Ag+离子电化学传感器的制备方法,将工作电极金电极在piranha溶液中浸泡1h,超纯水清洗。然后分别用0.3um和0.05um的Al2O3抛光粉打磨,依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗。最后在0.5MH2SO4溶液中,以50mV/s的扫速在-0.2~1.6V之间进行循环伏安扫描30圈,活化电极。N2气吹干备用;滴加10mL0.1mM的sub-DNA固定缓冲溶液在处理好的金电极表面,30°C恒温水浴16h,缓冲液清洗,制得sub-DNA/Au电极。将sub-DNA/Au电极浸入50mMMCH溶液中5min,缓冲液清洗,制得MCH/sub-DNA/Au电极。将MCH/sub-DNA/Au电极浸入bioDNA-AuNPs和Ag+离子的缓冲液中,45°C恒温杂交反应3h,杂交缓冲液和超纯水清洗,暗处室温条件下浸入银增强溶液中3min,超纯水清洗,制得Agenhancer/dsDNA/MCH/Au重金属离子电化学传感器。重金属离子的检测(1)重金属离子电化学检测使用电化学工作站以三电极体系进行测试,饱和甘汞电极为参比电极,铂丝电极为对电极,金电极或Agenhancer/dsDNA/MCH/Au为工作电极。为了检测Ag+离子,在Agenhancer/dsDNA/MCH/Au传感器制备过程中,将MCH/sub-DNA/Au电极浸入bioDNA-AuNPs和不同浓度的Ag+离子缓冲液中,恒温杂交,银增强溶液处理;(2)电化学检测技术电化学检测技术采用循环伏安法(CV),以0.1MKClO4为缓冲液,电位范围为0~0.6V,扫描速率为0.1V/s;或微分脉冲伏安法(DPV),以0.1MKClO4为缓冲液,电位范围为0~0.5V,电位增幅为4mV,脉冲周期为0.5s;(3)选择性检测根据微分脉冲伏安法(DPV)的电流信号强度与Ag+离子浓度之间的线性关系,绘制工作曲线;(4)样品测定采用标准加入法,在样品溶液中加入不同浓度的Ag+离子标准溶液,按照工作曲线的绘制方法对不同浓度的Ag+离子进行检测;与现有技术相比,本专利技术具有以下有益成果:1.本专利技术利用生物条形码和银染双重信号放大技术联用检测重金属Ag+离子;2.本专利技术将生物条形码和银染双重信号放大技术联用应用于电化学传感器上检测重金属离子,对Ag+离子有很高的响应灵敏度,检出限为3pM;3.本专利技术提供的修饰电极制备简单,测定灵敏度高,线性范围宽,抗干扰能力强,可实现对实际水样中超痕量重金属离子的快速、准确和灵敏测定。附图说明图1是本专利技术制得的金纳米粒子的透射电镜图;图2是bioDNA(a)、AuNPs(b)和bioDNA-AuNPs(c)的紫外-可见光谱图;图3是本专利技术本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种重金属离子电化学传感器的制备方法及应用,其特征在于,包括以下步骤:将工作电极金电极在piranha溶液中浸泡1 h,超纯水清洗;然后分别用0.3um和0.05um的Al

【技术特征摘要】
1.一种重金属离子电化学传感器的制备方法及应用,其特征在于,包括以下步骤:将工作电极金电极在piranha溶液中浸泡1h,超纯水清洗;然后分别用0.3um和0.05um的Al2O3抛光粉打磨,依次在超纯水、无水乙醇、超纯水中超声清洗;最后在0.5MH2SO4溶液中,以50mV/s的扫速在-0.2~1.6V之间进行循环伏安扫描30圈,活化电极;N2气吹干备用;滴加sub-DNA溶液于处理好的金电极表面,缓冲液清洗,制得sub-DNA/Au电极;将sub-DNA/Au电极浸MCH溶液中5min,缓冲液清洗,制得MCH/sub-DNA/Au电极;将MCH/sub-DNA/Au电极浸入bioDNA-AuNPs和Ag+离子的缓冲液中进行恒温杂交反应,杂交缓冲液和超纯水清洗;再在暗处室温条件下浸入银增强溶液中3min,超纯水清洗,制得Agenhancer/dsDNA/MCH/Au重金属离子电化学传感器。2.如权利要求1所述的一种基于生物条形码和银染双重信号放大技术联用构建的重金属Ag+离子电化学传感器的制备方法,所述生物条形码和银染双重信号放大技术,其特征在于,包括以下步骤:(1)寡核苷酸序列设计本发明所设计的寡核苷酸序列如下:底物链(sub-DNA):5’-CCTCCAACCTCT-SH-(C6)-3’生物条形码链(bioDNA):5-SH-(C6)-ACACCTTCCACC-3’将寡核苷酸溶解在10mMpH7.4的磷酸缓冲溶液中,-18℃保存备用;(2)bioDNA-AuNPs的制备采用柠檬酸还原法制备AuNPs;将HAuCl4溶液在搅拌下加热回流,加入柠檬酸三钠溶液,继续回流至溶液颜色由淡黄变为酒...

【专利技术属性】
技术研发人员:张艳丽李海燕谢金伶庞鹏飞王红斌
申请(专利权)人:云南民族大学
类型:发明
国别省市:云南,53

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