基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于链式扩增反应（HCR）和DNA酶的基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器、其制备方法及应用，目的在于解决目前传统检测铀的仪器存在分析成本高、设备昂贵、仪器笨重等缺点，现有用于探测水溶液中铀酰离子的化学和生物传感器存在灵敏度和选择性不高的问题。该传感器包括金电极、设置在金电极上的敏感层，敏感层为通过Au-S键修饰到金电极表面的铀酰离子特异性DNA酶。本发明专利技术首次提出了利用DNA酶和HCR放大策略来探测铀酰离子的方法，结合UO22+-特异性DNA酶和HCR放大技术，本发明专利技术的探测限值为20pM，能够超灵敏检测铀酰离子，有效解决了现有化学和生物传感器所存在的灵敏度和选择性不高的问题。同时，本发明专利技术具有简单、方便、易于携带，能实时、在线检测铀酰离子的浓度，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学传感器领域，尤其铀酰离子检测领域，具体为一种基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器、其制备方法及应用。
技术介绍
一直以来，设计一种能与高灵敏和高选择性的分析仪器相媲美的金属离子传感器是一个巨大的挑战。由于很多金属离子的带电电荷、离子半径和其他性质都非常相似，致使在其它金属离子的干预下，准确探测超低浓度的金属离子困难很大(参考文献：Hitomietal.,2001；Nolanetal.,2003；Chenetal.,2005)。铀作为重要的天然放射性元素，也是最重要的核燃料，具有化学毒性和放射性，因而在过去半个世纪里受到广泛关注。铀经浓缩后，被广泛应用于核能发电和核武器领域，因此人类暴露在铀环境中的几率大增，对人体存在长期的健康危害(Zoriyetal.,2010；etal.,2009；Jonesetal.,2007)。因此，需要对铀污染状态的评估和环境修复进行监测。到目前为止，已有许多常规检测铀的技术，主要包括X-射线荧光光谱(参考Rathoreetal.,2008)、电感耦合等离子体原子发射光谱(参考Dejeantetal.,2014)、高效液相色谱(参考Jaisonetal.,2014)和质谱(参考Xuetal.,2014)等。虽然大部分基于前述方法的仪器具有灵敏度高和选择性好的特点，但这些仪器大都存在分析成本高、设备造价昂贵、仪器笨重等缺点，无法适用于现场实时探测的需要。因此，发展一种简单、方便、在线和实时探<br>测铀的超灵敏分析方法变得十分迫切(参考Mehtaetal.,2011)。在公开文献中，已经报道了一些可用于探测水溶液中铀酰离子的化学和生物传感器(参考Liuetal.,2007)，但大部分仍无法比拟传统仪器方法所具有高灵敏度和高选择性(参考Shuetal.,2015；Jarczewskaetal.,2014；Badretal.,2014；Beckeretal.,2009；Banerjeeetal.,2010；)。为此，迫切需要开发一种简单、便携、在线和实时探测铀的、灵敏度高、选择性好的装置和/或方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对目前传统检测铀的仪器存在分析成本高、设备造价昂贵、仪器笨重等缺点，无法适用于现场实时探测的需要，而现有用于探测水溶液中铀酰离子的化学和生物传感器存在灵敏度和选择性不高的问题，提供一种基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器、其制备方法及应用。本专利技术首次提出了利用DNA酶和HCR放大策略来探测铀酰离子的方法，结合UO22+-特异性DNA酶和HCR放大技术，本专利技术的探测限值为20pM，能够超灵敏检测铀酰离子，有效解决了现有化学和生物传感器所存在的灵敏度和选择性不高的问题。同时，本专利技术具有简单、方便、易于携带，能实时、在线检测铀酰离子的浓度，具有较好的应用前景。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器，包括金电极、设置在金电极上的敏感层，所述敏感层为通过Au-S键修饰到金电极表面的铀酰离子特异性DNA酶，铀酰离子特异性DNA酶由酶链DNA和巯基修饰的底物DNA组成。所述巯基修饰的底物DNA的序列为HS-(CH2)6TCCTCTAATACACTCACTATrAGGAAGAGATGGACGTG；所述酶链DNA的序列为CACGTCCATCTCTGCAGTCGGGTAGTTAAACCGACCTTCAGACATAGTGAGT。前述铀酰离子传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)制备反应液在反应器中分别加入等摩尔量的巯基修饰的底物DNA和酶链DNA，再向反应器中加入含氯化钠的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液，调节pH值至5.0-6.0，旋涡振荡，使反应器内的组分混合均匀，得样品，将样品加热至80-90℃后，加热后的样品经2-4小时冷却至室温，得到反应液；(2)装配将金电极用氧化铝粉末在抛光布上抛光后，依次采用超纯水、无水乙醇超声洗涤，再将洗涤后的金电极放入硫酸溶液中进行电化学清洗，并用氮气干燥，再将干燥的金电极插入到步骤1制备的反应液中静置2～5小时，得第一金电极，然后用6-巯基正己醇浸泡第一金电极1～3h，去除第一金电极上特异性吸附的DNA，最后将用6-巯基正己醇浸泡后的第一金电极用PBS缓冲液清洗，即得铀酰离子传感器。所述步骤1中，反应器采用1.5mL离心管，在1.5mL离心管中加入30-60μL80-120μM巯基修饰的底物DNA和等摩尔量的酶链DNA，再向离心管中加入800-1000μL含300-800mMNaCl的30-80mM2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液，调节pH值至5-6，旋涡振荡，使反应器内的组分混合均匀，得样品，将样品加热至80-90℃后，加热后的样品经2-4小时冷却至室温，得到反应液。所述步骤2中，将金电极用0.05μm的氧化铝粉末在抛光布上抛光后，依次采用超纯水、无水乙醇超声洗涤2～8min，再将洗涤后的金电极放入0.5mol/L(即0.5M)的硫酸溶液中进行电化学清洗，并用氮气干燥，再将干燥的金电极插入到步骤1制备的反应液中静置3小时，得第一金电极，然后用6-巯基正己醇浸泡第一金电极2h，去除第一金电极上特异性吸附的DNA，最后将用6-巯基正己醇浸泡后的第一金电极用PBS缓冲液清洗，即得铀酰离子传感器。前述铀酰离子传感器的应用，包括如下步骤：A、将待测溶液滴到铀酰离子传感器表面；B、将H1和H2分别加热至80-90℃保温5-8min后，分别在2-4小时内冷却至室温，分别得到H1发卡结构、H2发卡结构；C、将步骤A中滴有待测溶液的铀酰离子传感器用超纯水洗涤后，将洗涤后的铀酰离子传感器插入含H1发卡结构、H2发卡结构的第一缓冲溶液中，进行杂交链式反应1.5-5小时；D、将步骤C中经杂交链式反应后的铀酰离子传感器浸泡于第二缓冲液中5-20min，然后将浸泡后的铀酰离子传感器用超纯水清洗，去除铀酰离子传感器上非特异性吸附的亚甲基蓝；E、将步骤D处理后的铀酰离子传感器进行方波伏安法测试，测定电流强度；F、根据步骤E测定的结果，得出铀酰离子浓度；所述H1的序列为AATACACTCACTATGAATGAATAGTGAGTGTATTAGAGGA，所述H2的序列为TCATTCATAGTGAGTGTATTTCCTCTAATACACTCACTAT；所述步骤C中，第一缓冲溶液为含NaCl的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液，2-(N-吗啡啉)乙磺酸的摩尔浓度为30-80mmol/L，NaCl本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器，其特征在于，包括金电极、设置在金电极上的敏感层，所述敏感层为通过Au‑S键修饰到金电极表面的铀酰离子特异性DNA酶，铀酰离子特异性DNA酶由酶链DNA和巯基修饰的底物DNA组成。

【技术特征摘要】
1.基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器，其特征在于，包括金电极、设置在金电极上的敏感层，所述敏感层为通过Au-S键修饰到金电极表面的铀酰离子特异性DNA酶，铀酰离子特异性DNA酶由酶链DNA和巯基修饰的底物DNA组成。
2.根据权利要求1所述基于目标分子发卡组装的铀酰离子传感器，其特征在于，所述巯基修饰的底物DNA的序列为HS-(CH2)6TCCTCTAATACACTCACTATrAGGAAGAGATGGACGTG；所述酶链DNA的序列为CACGTCCATCTCTGCAGTCGGGTAGTTAAACCGACCTTCAGACATAGTGAGT。
3.根据权利要求1或2所述铀酰离子传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备反应液
在反应器中分别加入等摩尔量的巯基修饰的底物DNA和酶链DNA，再向反应器中加入含氯化钠的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液，调节pH值至5.0-6.0，旋涡振荡，使反应器内的组分混合均匀，得样品，将样品加热至80-90℃后，加热后的样品经2-4小时冷却至室温，得到反应液；
（2）装配
将金电极用氧化铝粉末在抛光布上抛光后，依次采用超纯水、无水乙醇超声洗涤，再将洗涤后的金电极放入硫酸溶液中进行电化学清洗，并用氮气干燥，再将干燥的金电极插入到步骤1制备的反应液中静置2~5小时，得第一金电极，然后用6-巯基正己醇浸泡第一金电极1~3h，去除第一金电极上特异性吸附的DNA，最后将用6-巯基正己醇浸泡后的第一金电极用PBS缓冲液清洗，即得铀酰离子传感器。
4.根据权利要求3所述铀酰离子传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，反应器采用1.5mL离心管，在1.5mL离心管中加入30-60μL80-120μM巯基修饰的底物DNA和等摩尔量的酶链DNA，再向离心管中加入800-1000μL含300-800mMNaCl的30-80mM2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液，调节pH值至5-6，旋涡振荡，使反应器内的组分混合均匀，得样品，将样品加热至80-90℃后，加热后的样品经2-4小时冷却至室温，得到反应液。
5.根据权利要求1-4任一项所述铀酰离子传感器的应用，其特征在于，包括如下步骤：
A、将待测溶液滴到铀酰离子传感器表面；
B、将H1和H2分别加热至80-90℃保温5-8min后，分别在2-4小时内冷却至室温，分别得到H1发...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑革，云雯，姜交来，蔡定洲，张鹏程，唐涛，闫康平，石岩，杜杰，谭欣欣，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51