基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，采用分步法制备均匀的金包裹二氧化硅纳米颗粒，并利用偶联剂将核壳结构纳米颗粒固定在石英玻璃片上构建SERS基底。将单链DNA分子通过巯基修饰在金包裹二氧化硅纳米颗粒的金壳层的表面。把制备的DNA适配体修饰的SERS基底浸泡在含有汞离子的溶液中，用去离子水清洗。利用G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准测量，通过分析特征拉曼峰及其比值变化实现对汞离子的定量和特异性检测。本发明专利技术相比现有技术具有以下优点：本发明专利技术方法灵敏度高，检测低限约为50nM；并且测量操作简单，成本低，可实现实时、快速测量。

【技术实现步骤摘要】
基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法
本专利技术涉及一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法。
技术介绍
汞离子是一种在水环境中普遍存在的污染物，对人类的健康和生态环境造成严重的危害。汞离子特别是甲基汞可以通过食物链在人体中富集，对中枢神经系统、消化系统及肾脏造成永久性伤害并引发各种慢性病。而甲基汞是通过水生物的将水溶性的汞离子(Hg2+)甲基化而来。所以，对水环境中的汞离子定量、并且特异性的检测是大家一直关心的问题。一般的检测汞离子的方法往往灵敏度不高或特异性不好，操作不方便。最近，人们利用Thymine-Hg2+-Thymine(T-Hg2+-T)的配位化学设计了一些新的检测方法，包括电化学，荧光光谱方法等，但是在这些方法均需要在DNA分子的一端进行一些特殊的化学修饰，测量成本较高。表面增强拉曼散射技术是一种近年来发展很快的无损、痕量测量技术，它是在具有纳米级粗糙度的贵金属颗粒或溶胶表面，在激光的照射下，吸附分子的拉曼散射信号大幅度增强的现象。与传统的拉曼光谱方法相比，灵敏度一般可以提高6-7个量级，甚至可以达到单分子测量水平。不过，金属离子，包括汞离子，本身不能产生拉曼信号，因而这种光谱技术不能直接测量金属离子。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，制备DNA分子的金包裹二氧化硅的核壳型纳米颗粒，基于该DNA分子的表面增强拉曼散射光谱的变化特性，对汞离子实现免标记特异性和定量化的测量和分析。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，包括以下步骤：(1)采用分步法制备均匀的金包裹二氧化硅纳米颗粒，并利用偶联剂将核壳结构纳米颗粒固定在石英玻璃片上构建SERS基底；(2)将作为适配体的单链DNA分子通过巯基修饰在金包裹二氧化硅纳米颗粒的金壳层的表面：其中，DNA的一端连接巯基，通过巯基共价修饰连接到纳米颗粒的金壳层表面；可以调节DNA分子的浓度，控制DNA分子在金属表面的数量及状态，该单链DNA分子包括捕获片段和信号输入片段，该捕获片段包括T碱基，且可和汞离子特异性相互作用形成T-Hg2+-T的结构，该信号输入片段包括连续的G碱基和A碱基，G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准；(3)把制备的DNA适配体修饰的SERS基底浸泡在含有汞离子的溶液中，用去离子水清洗；(4)基于DNA适配体修饰的SERS基底的拉曼光谱测量：利用G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准测量，通过分析特征拉曼峰及其比值变化实现对汞离子的定量特异性检测。作为上述方案的进一步优化，该单链DNA分子中包括依次排列的5-15个T碱基数、5-10个G碱基和5-10个A碱基。作为上述方案的进一步优化，该单链DNA为巯基修饰的含有依次排列的5-15个T碱基数、5-10个G碱基和5-10个A碱基的单链DNA。作为上述方案的进一步优化，步骤(4)中，拉曼光谱测量时，用近红外激光激发待测样品，得到拉曼光谱后，用G碱基和A碱基的拉曼信号强度比值，即I(736cm-1)/I(660cm-1)定量分析汞离子浓度。作为上述方案的进一步优化，将单链DNA分子通过巯基修饰在金包裹二氧化硅纳米颗粒的金壳层的表面，或者将单链DNA分子通过巯基修饰在纯金、纯银或者金银混合材料的金壳层表面。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术的一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，制备了特殊的纳米材料，所制备的纳米颗粒形态均与，并适合用红外激光(如：785nm)得到表面增强拉曼散射效应，可以有效避免和减少来自样品背景荧光的干扰。并设计了特殊的单链DNA分子对纳米粒子进行修饰，在其表面控制连接了经过设计的特殊单链DNA，例如，对汞离子捕获来说，其序列含有连续的T碱基，能够和汞离子特异性的结合形成T-Hg2+-T的结构，它可以特异性识别和捕获汞离子。省去特殊的标记分子，可直接利用DNA的表面增强拉曼散射光谱进行定量检测，通过分析某些特征拉曼峰的光谱强度比值，例如，可以用I(736cm-1)/I(660cm-1)光谱指标分析，从而实现对PCB的高灵敏度、高特异性、痕量、无损、定量检测；本专利技术中制备的金包裹二氧化硅纳米颗粒形貌和粒径均一性好，其等离子体激元共振吸收出现在750nm处，在785nm-1激光激发下有较强SERS增强效应；经过处理的单链DNA在基底的表面具有高度统一的状态，当适配体与汞离子作用时，单链DNA会发生构象改变，其拉曼光谱强度变化的大小与被适配体捕获在金壳层表面的汞离子数量成一定的比例关系，从而基于SERS技术对汞离子特异性和定量化的测量。本专利技术的基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法具有高灵敏度，高特异性的优点，检测低限约为50nM；并且测量操作简单，成本低，可实现实时、快速测量。附图说明图1为本专利技术的基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法原理图。图2为本专利技术的基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法的工艺流程图。图3为本专利技术的优选实施例的SEM、TEM、UV-Vis和SERS方法对SiO2@Au核壳纳米颗粒进行表征分析图。图4为本专利技术的优选实施例的基于DNA修饰的SERS基底对不同浓度Hg2+前后观测单链DNA分子的拉曼光谱变化图。图5本专利技术的优选实施例的基于DNA修饰的SERS基底对Hg2+检测的特异性验证分析图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。参见图2，本专利技术的一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，包括以下步骤：(1)采用分步法制备均匀的金包裹二氧化硅纳米颗粒，并利用偶联剂将核壳结构纳米颗粒固定在石英玻璃片上构建SERS基底。具体包括：1a:首先制备二氧化硅纳米颗粒。1b:合成Au金种子，具体合成1-3nm的Au金种子。1c:制备SiO2@Au核壳结构纳米颗粒。1d：将SiO2@Au核壳结构纳米颗粒固定在石英玻璃片。(2)将单链DNA分子通过巯基修饰在金包裹二氧化硅纳米颗粒的金壳层的表面构建DNA适配体修饰的SERS基底：适配体DNA的一端连接巯基，通过巯基共价修饰连接到纳米颗粒的金壳层表面，调节DNA分子的浓度，控制DNA分子在金属表面的数量及状态，该单链DNA分子包括捕获片段和信号输入片段，该捕获片段包括T碱基，且可和汞离子特异性相互作用形成T-Hg2+-T的结构，该信号输入片段包括连续的G碱基和A碱基，G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准。优选的，单链DNA分子中包括依次排列的5-15个T碱基数、5-10个G碱基和5-10个A碱基。(3)把制备的DNA适配体修饰的SERS基底浸泡在含有汞离子的溶液中，等待2-4小时后取出，用去离子水清洗；(4)基于DNA适配体修饰的SERS基底的拉曼光谱测量：利用G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准测量，通过分析特征拉曼峰及其比值变化实现对汞离子的定量特异性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用分步法制备均匀的金包裹二氧化硅纳米颗粒，并利用偶联剂将核壳结构纳米颗粒固定在石英玻璃片上构建SERS基底；(2)将单链DNA分子通过巯基修饰在金包裹二氧化硅纳米颗粒的金壳层的表面：适配体DNA的一端连接巯基，通过巯基共价修饰连接到纳米颗粒的金壳层表面，该单链DNA分子包括捕获片段和信号输入片段，该捕获片段包括T碱基，且可和汞离子特异性相互作用形成T‑Hg2+‑T的结构，该信号输入片段包括连续的G碱基和A碱基，G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准；(3)把制备的DNA适配体修饰的SERS基底浸泡在含有汞离子的溶液中，再用去离子水清洗；(4)基于DNA适配体修饰的SERS基底的拉曼光谱测量：利用G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准测量，通过分析特征拉曼峰及其比值变化实现对汞离子的定量特异性检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA修饰的SERS基底检测低浓度汞离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用分步法制备均匀的金包裹二氧化硅纳米颗粒，并利用偶联剂将核壳结构纳米颗粒固定在石英玻璃片上构建SERS基底；(2)将单链DNA分子通过巯基修饰在金包裹二氧化硅纳米颗粒的金壳层的表面：适配体DNA的一端连接巯基，通过巯基共价修饰连接到纳米颗粒的金壳层表面，该单链DNA分子包括捕获片段和信号输入片段，该捕获片段包括T碱基，且可和汞离子特异性相互作用形成T-Hg2+-T的结构，该信号输入片段包括连续的G碱基和A碱基，G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准；(3)把制备的DNA适配体修饰的SERS基底浸泡在含有汞离子的溶液中，再用去离子水清洗；(4)基于DNA适配体修饰的SERS基底的拉曼光谱测量：利用G碱基和A碱基的SERS信号比值作为DNA在金属表面状态的光谱标准测量，通过分析特征拉曼峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄青，鲁逸林，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34