本发明专利技术涉及一种检测金属离子的DNA修饰的光子晶体薄膜荧光传感器的制备，具体方法为：在光子晶体薄膜表面修饰含有特定碱基的荧光标记的DNA分子，把光子晶体对特定波长光的强反射性能与DNA碱基与金属离子选择性配位的性质相结合，提高检测的灵敏度、选择性；同时，选取合适物种洗脱被检测离子，实现荧光传感器的可再生性，最终制备得到高灵敏、高选择性、可再生性光子晶体薄膜荧光传感器，这对重金属离子的高效检测具有重要的意义，也为未来设计和开发功能更复杂的其它金属离子高灵敏传感器提供一种全新的设计思路和方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属离子检测领域，具体的说，是涉及一种荧光传感器的制备方法。该传感材料是一种DNA修饰的光子晶体薄膜材料，利用光子晶体布拉格镜面反射提高荧光检测灵敏度，可用于提高金属离子的检测线，更加有效的检测环境污染中的金属离子。
技术介绍
长期以来，重金属污染受到人们的广泛关注，工业活动导致的汞、镉、铅、铬、铜等重金属污染的生物毒性非常显著，给人类健康和环境造成极大危害。以汞为例，无机汞离子进入人体后可转换为毒性更大的有机汞，尤其是甲基汞，经食物链进入人体后很容易被吸收并输送到全身各器官，特别是肝、肾和脑组织，造成永久性损伤。研究表明，人体中汞的安全浓度是0.1μg·mL-1，当浓度达到0.5-1.0μg·mL-1时人体就会出现明显的中毒症状，从而引发一系列神经、精神等方面的疾病。因此，建立一种能准确快速测定痕量重金属离子的方法具有重要的意义。常规的重金属离子检测通常采用原子吸收光谱、原子发射光谱和冷原子荧光光谱法、等离子体电感耦合质谱法(ICP-MS)、比色法、电化学方法等。这些方法或者依赖大型仪器，需要较长的分析周期，或者预处理过程繁琐耗时，不能满足实际环境监测中高效低成本的需要。荧光分析法是根据物质的分子荧光进行定性和定量分析的一种强有力的检测低浓度物质的光学分析技术，具有很高的灵敏性和选择性，检测下限通常比吸收光度法低2-4个数量级，所以在分析化学中有着广泛的应用和巨大的前景。目前，基于荧光分析法检测重金属离子的研究，主要是利用荧光基团与重金属离子之间的相互作用使荧光强度发生变化，常用检测物有：有机小分子[Domaille D.W.，Que E.L.，Chang C.J.，Nat.Chem.Biol.，2008，4，168；Kim H.J.，Park J.E.，Choi M.G.，Ahn S.，Chang S.，DyesPigm.，2010，84，54.]，聚合物[Lu H.，Tang Y.，Xu W.，Zhang D.，Wang S.，Zhu D.，Macromol.RapidCommun.，2008，29，1467；XHuang.，Xu Y.，Zheng L.，Meng J.，Cheng Y.，Polymer，2009，50，5996.]、蛋白质[Wegner S.V.，Okesli A.，ChenP.，He C.，J.Am.Chem.Soc.，2007，129，3474；Bozkurt S.S.，Cavas L.，Appl.Biochem.Biotechnol.，2009，158，51.]、DNA[Ono A.，Togashi H.，Angew.Chem.Int.Ed.，2004，43，4300；Xu J.，Song Z.，Fang Y.，Mei J.，Jia L.，Qin A.J.，Sun J.Z.，Ji J.，Tang B.Z.，Analyst，2010，135，3002.]等。尤其是，DNA的碱基与重金属离子之间可以发生高度专一的配位作用[X Huang.，Xu Y.，Zheng L.，Meng J.，Cheng Y.，Polymer，2009，50，5996.]，类似于碱基对之间形成的Watson-Crick碱基配对，对重金属离子具有比其它探针分子更为优越的高选择性识别；此外，有机小分子等检测剂与重金属离子主要发生不可逆化学反应，只能进行一次性检测，而DNA碱基与重金属离子之间的配位结构可以通过其它与重金属离子结合作用更强的物质打开，且不影响DNA分子的结构，所以该配位作用的发现对重金属离子检测技术的研究及进一步的实际应用有着很大帮助。如Ono[Ono A.，Togashi H.，Angew.Chem.Int.Ed.，2004，43，4300.]、Chang[Chiang C.，Huang C.，Liu C.，Chang H.，Anal.Chem.，2008，80，3716.]等人设计合适的DNA分子，通过胸腺嘧啶T与Hg2+(T-Hg2+-T配位结构)、胞嘧啶C与Ag+(C-Ag+-C配位结构)等碱基与重金属离子之间的配位作用，改变DNA分子的构象，从而改变荧光性质，实现了对Hg2+、Ag+的高灵敏检测。利用碱基与重金属离子的配位作用，同样实现了对Cu2+[19，20]、Pb2+[21]等重金属离子的检测。近年来，光子晶体(photonic crystals)技术的发展，光子晶体对特定波长光的调控和增强自发辐射作用，为提高荧光检测灵敏度提供了新的途径，为金属离子的快速灵敏检测带来了新的契机。光子晶体是一种介电常数不同的材料周期性排列，使特定频率的光无法穿越此晶体而会被强烈的反射，即具有光子禁带的特性。光子晶体制备方法简单、成本低廉，其独特的光学特性使它们在化学和生物传感器、环境监测等方面具有巨大的科学价值和应用潜力，从而格外受到关注。当光的频率落在光子晶体的光子禁带范围内时，即特定频率的光与光子禁带相匹配时，就会被光子晶体强烈的反射。我们已利用此特性，选择激发波长或发射波长与光子禁带相匹配的荧光物种，实现了物质固态荧光的极大增强[Zhang Y.，Wang J.，Ji Z.，Hu W.，
Jiang L.，Song Y.，Zhu D.，J.Mater.Chem.，2007，17，90]。Cunningham研究组[Mathias P.C.，Ganesh N.，Cunningham B.T.，Anal.Chem.，2008，80，9013.]发展了以光子晶体增强荧光信号为基础的生物传感器，如对蛋白质等生物分子的检测以及细胞免疫测定等。Li等人[Li M.，He F.，Liao Q.，Liu J.，Xu L.，Jiang L.，SongY.，Wang S.，Zhu D.，Angew.Chem.Int.Ed.，2008，47，7258.]在光子晶体表面利用荧光共振能量转移原理，通过光子晶体对荧光信号的放大作用，实现了对DNA的高灵敏检测。而对于光子晶体检测金属离子，Asher研究组[Reese C.E.，Asher S.A.，Anal.Chem.，2003，75，3915.]制备了“聚合晶体胶体阵列”(PCCA)离子传感材料，可选择性地结合金属离子如：Pb2+、Ba2+、K+、Cu2+、Co2+、Ni2+和Zn2+等，通过PCCA中的晶格间距增大导致布拉格衍射峰红移实现了对金属离子的检测，但这种方法选择性差，灵敏度不高。Cui等人[Cui L.，Shi W.，Wang J.，Song Y.，Ma H.，Jiang L.，Anal.Methods，2010，2，448.]把蛋白石型光子晶体浸入罗丹明B硫内酯化合物作为探针分子的Hg2+检测液中，研究发现光子晶体光子禁带的蓝带边匹配荧光波长时能够增强检测荧光4.3倍，Hg2+最低检测限10nM，但这种方法是检测物填充在光子晶体缝隙中，并没有利用光子晶体优越的布拉格反射特性，故荧光增强有限，检测的灵敏度并没有得到显著的提高；此外，检测液与重金属离子发生不可逆反应，只能使用一次，检测成本较高。上述文献中报道的检测重金属离子都是在溶液中完成的均相检测，这种均相荧光传感器易污染待测体系，且只能一次性使用。将均相荧光传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种DNA修饰的光子晶体荧光传感器检测金属离子的制备方法，其特征在于：含有特定碱基的荧光标记的DNA单链分子修饰在光子晶体薄膜表面，可用过化学键或其他作用进行修饰，选择光子禁带与荧光波长相匹配的光子晶体，利用其布拉格反射特性增强荧光，放大荧光信号的变化，提高检测灵敏度；同时，利用特定碱基与金属离子的专一配位作用，提高检测选择性；选取合适物种洗脱被检测金属离子，实现荧光传感器的可再生性。
【技术特征摘要】
1.一种DNA修饰的光子晶体荧光传感器检测金属离子的制备方法，其特征在于：含有特定碱基的荧光标记的DNA单链分子修饰在光子晶体薄膜表面，可用过化学键或其他作用进行修饰，选择光子禁带与荧光波长相匹配的光子晶体，利用其布拉格反射特性增强荧光，放大荧光信号的变化，提高检测灵敏度；同时，利用特定碱基与金属离子的专一配位作用，提高检测选择性；选取合适物种洗脱被检测金属离子，实现荧光传感器的可再生性。2.一种DNA修饰的光子晶体荧光传感器检测金属离子的制备方法，其特征在于：选取含胸腺嘧啶T的罗丹明G标记的DNA分子，在喷金的光子晶体表面通过Au-S键组装DNA分子，利用T与Hg2+之间的选择性配位，同时利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉琦，高楼军，
申请(专利权)人：张玉琦，高楼军，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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