一种用于检测铅的生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于检测铅的生物传感器及其制备方法和应用，该生物传感器包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极，玻碳电极的反应端表面修饰有L-赖氨酸，L-赖氨酸表面修饰有有序介孔碳-金纳米粒子，有序介孔碳-金纳米粒子表面修饰有纳米金膜，纳米金膜表面组装有DNAzyme探针，DNAzyme探针与DNA探针通过互补配对连接。其制备方法包括修饰L-赖氨酸、修饰有序介孔碳-金纳米粒子、电沉积纳米金膜，组装DNAzyme探针等步骤。其应用方法为将生物传感器插入待测溶液中，根据铅离子浓度与阻值差的变化测定待测溶液中的铅离子浓度。本发明专利技术的生物传感器具有制作简单、使用寿命长、抗干扰能力强、检测精度和效率高等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测铅的生物传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物传感器
，尤其涉及一种用于检测铅的生物传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业进步和社会发展，水污染状况日趋严重，已经成为世界性的头号环境治理难题。中国作为世界上最大的发展中国家，随着城市化进程的加速，工农业的飞速发展，大量环境污染物排入水体中，造成了严重的环境污染以及生态破坏，并直接危害人类的健康。在排入水体的大量环境污染物中，重金属污染的危害尤为严重。人类摄入被重金属镉污染的水、食物后，会造成肾和骨骼的病变，摄入硫酸镉20毫克，就会造成死亡。人类摄入含砷的水、食物后，会发生急性或慢性中毒，重金属砷会使体内酶活性受到抑制或失活，造成机体代谢障碍，甚至引发皮肤癌。人类摄入被重金属铅污染的水、食物后，导致人体贫血，并出现头痛、晕眩、乏力、困倦等症状。铅是一种蓄积性的元素，可以通过食物链在生物组织富集，对人类的健康以及自然界环境造成巨大危害。并且铅对机体的损伤呈现多系统性、多器官性，作为中枢神经系统毒物，对儿童的健康和危害更为严重。现行国家环境标准监测方法中规定水质铅的测定有双硫腙分光光度法和火焰原子吸收分光光度法，检出浓度最低能达到0.01mg/L，这些方法虽然灵敏度高、特异性强，但样品前处理复杂、仪器昂贵或者耗时长，需要专门的操作技术人员，检测成本高，经济效益相对较低。所以研究出一种快速、简便、低成本、高灵敏度的铅离子检测手段具有十分重要的意义。现今，电化学及生物学检测技术日益发展成熟，这为环境样品中重金属离子的快速检测提供了各种可行的技术手段，如电化学分析法-阳极溶出伏安法(ASV)和重金属离子的生物学检测方法等，其中重金属离子生物学检测方法包括免疫检测技术和DNA检测技术。运用生物传感器来检测环境中的重金属、病原微生物、有毒有机物时，生物传感器具有特异性强、检测灵敏度高、检测效率高、成本低廉的特点，因此成为了环境保护工作中的一个研究热点。
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，提供一种使用寿命长、抗干扰能力强、检测精度强和效率高的用于检测铅的生物传感器，此外相应提供一种方法简单、成本低廉、制作快速的生物传感器的制备方法，在此基础上，还提供一种前述生物传感器的应用，该应用能够以低成本、简化操作、快速响应、高检测精度及较强抗干扰性等特点实现对铅离子的高效检测。为解决上述技术问题，提供了一种用于检测铅的生物传感器，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极，玻碳电极的反应端表面修饰有L-赖氨酸，L-赖氨酸表面修饰有有序介孔碳-金纳米粒子，有序介孔碳-金纳米粒子表面修饰有纳米金膜，纳米金膜表面组装有单链DNAzyme探针，DNA探针与DNAzyme探针通过互补配对连接。前述的生物传感器，优选的，DNAzyme探针为具有SEQIDNO.1的核苷酸序列，DNA探针为具有SEQIDNO.2的核苷酸序列。具有SEQIDNO.1的核苷酸序列和具有SEQIDNO.2的核苷酸序列互补配对形成双链探针。当生物传感器用于检测时，如果检测环境中存在铅离子，双链断开，导致界面电阻发生改变，根据浓度与电阻之间的关系达到检测环境中铅离子的目的。在本专利技术的技术方案中，DNAzyme探针为用于检测铅的DNAzyme探针，DNA探针和用于检测铅的DNAzyme探针并不仅限于本专利技术提供的两条核苷酸序列，任一用于检测铅的DNAzyme探针与之配对的DNA探针进行结合后，均能实现对铅离子的检测，并达到相同或相似的技术效果。作为本专利技术的同一技术构思，本专利技术还提供了上述的生物传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、修饰L-赖氨酸：制作一玻碳电极，将L-赖氨酸电沉积于玻碳电极的反应端表面得到L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S2、修饰有序介孔碳-金纳米粒子：在L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面滴加有序介孔碳-金纳米粒子得到有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S3、电沉积纳米金：在有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面电沉积纳米金膜，得到纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S4、组装DNAzyme探针：在纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面滴加DNAzyme探针，使DNAzyme探针通过金硫共价键固定在纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面，得到组装有DNAzyme探针的纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S5、连接DNA探针：将组装有DNAzyme探针的纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极浸泡在DNA探针溶液中培养，使DNAzyme探针与DNA探针进行互补配对连接，完成生物传感器的制备。进一步的，步骤S2中的有序介孔碳-金纳米粒子是采用包括以下步骤的方法制得：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℃下油浴、然后焙烧得到硅基分子筛SBA-15；S2-2、合成有序介孔碳：硅基分子筛SBA-15与水、蔗糖、浓硫酸混合得到混合物，将混合物置于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，将热解产物进行洗涤、干燥步骤得到有序介孔碳；S2-3、在超声条件下，将所述步骤S2-2制备得到的有序介孔碳与氯金酸按照质量比为1∶50进行超声混合(超声混合时间是12h)；然后依次加入1％柠檬酸钠、0.075％硼氢化钠，再次超声(超声时间是30min)得到黑色溶液，将黑色溶液离心、洗涤、干燥，得到有序介孔碳-金纳米粒子。优选的，步骤S2-2中，混合物中，硅基分子筛SBA-15与水、蔗糖、浓硫酸按照质量比为1∶4～5∶1.25～2.5∶0.12～0.16。进一步的，步骤S1具体为将玻碳电极浸入L-赖氨酸的水溶液中，用CV法扫描-2.0～+2.0V范围，30段，使玻碳电极表面形成一层L-赖氨酸薄膜，得到L-赖氨酸修饰的玻碳电极。进一步的，赖氨酸的水溶液为浓度1.0×10-3mol/L的L-赖氨酸水溶液，L-赖氨酸水溶液采用pH为8.0的PBS溶液配制；前述CV法的扫描速率为0.05Vs-1。进一步的，步骤S2中将有序介孔碳-金纳米粒子配制成悬浮液滴加在L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面，有序介孔碳-金纳米粒子悬浮液的浓度为0.5mg/mL。进一步的，步骤S3中，将有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极放入0.1％HAuCl4水溶液中，采用循环伏安法将纳米金粒子电沉积在前述修饰玻碳电极的反应端表面，前述循环伏安法中扫描电位为0～1.6V，扫描速率为20mV/s，扫描圈数为6圈，得到纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极。进一步的，前述步骤S4具体为：将浓度为10～20μM的DNA滴加在前述纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面，在4℃下反应12h(反应时间还可以是12小时以上)，再转入1mM的6-巯基乙醇溶液中培养1～2h得到前述组装有DNA探针的修饰玻碳电极。优选的，DNA探针滴加的体积为5～10μL。作为本专利技术的同一技术构思，本专利技术还提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测铅的生物传感器，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极，其特征在于，所述玻碳电极的反应端表面修饰有L‑赖氨酸，所述L‑赖氨酸表面修饰有有序介孔碳‑金纳米粒子，所述有序介孔碳‑金纳米粒子表面修饰有纳米金膜，所述纳米金膜表面组装有DNAzyme探针，DNA探针与所述DNAzyme探针通过互补配对连接。

【技术特征摘要】
1.一种生物传感器的制备方法，其特征在于，用于检测铅的生物传感器，包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极，其特征在于，所述玻碳电极的反应端表面修饰有L-赖氨酸，所述L-赖氨酸表面修饰有有序介孔碳-金纳米粒子，所述有序介孔碳-金纳米粒子表面修饰有纳米金膜，所述纳米金膜表面组装有DNAzyme探针，DNA探针与所述DNAzyme探针通过互补配对连接；所述DNAzyme探针为具有SEQIDNO.1所示的核苷酸序列的探针，所述DNA探针为具有SEQIDNO.2所示的核苷酸序列的探针，其制备方法包括以下步骤：S1、修饰L-赖氨酸：制作一玻碳电极，将玻碳电极浸入L-赖氨酸的水溶液中，用CV法扫描﹣2.0～+2.0V范围，30段，使所述玻碳电极表面形成一层L-赖氨酸膜，得到L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S2、修饰有序介孔碳-金纳米粒子：在所述L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面滴加有序介孔碳-金纳米粒子得到有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S3、电沉积纳米金：将所述有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极放入0.1%HAuCl4水溶液中，采用循环伏安法制备得到所述纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极；循环伏安法中扫描电位为0～1.6V，扫描速率为20mV/s，扫描圈数为6圈；S4、组装DNAzyme探针：将10～20μM的DNAzyme探针滴加在所述纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极的反应端表面，在4℃下反应至少12h，再转入1mM的6-巯基乙醇溶液中培养1～2h得到组装有DNAzyme探针的纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极；S5、连接DNA探针：将所述组装有DNAzyme探针的纳米金膜/有序介孔碳-金纳米粒子/L-赖氨酸修饰的玻碳电极浸泡在DNA探针溶液中培养，使所述DNAzyme探针与所述DNA探针进行互补配对连接，完成生物传感器的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的有序介孔碳-金纳米粒子是采用包括以下步骤的方法制得：S2-1、合成硅基分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辰，曾光明，黄丹莲，汤琳，周耀渝，赖萃，许飘，程敏，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43