一种基于功能核酸的传感器及其在钠离子检测中的应用制造技术

本发明专利技术公开了金属离子检测技术领域的一种基于功能核酸的传感器及其在钠离子检测中的应用。该传感器包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，所述分子识别元件包括钠离子脱氧核酶；所述钠离子脱氧核酶由底物链和酶链组成；所述信号放大元件包括等温扩增体系和氯高铁血红素，所述等温扩增体系包括扩增模板；所述信号转换元件包括显色剂。该传感器基于钠离子核酶、等温指数放大反应和G‑四链体液相传感技术构建，可用于环境中钠离子的现场检测，具备简便快速、灵敏度高、特异性高以及成本低等优点，特别是能够实现可视化检测。

A functional nucleic acid based biosensor and its application in sodium ion detection

The invention discloses a functional nucleic acid based sensor in the field of metal ion detection technology and its application in sodium ion detection. The sensor includes a molecular recognition element, a signal amplification element, and a signal conversion element, which consists of a sodium deoxyrizase; the sodium ion deoxy ribozyme is composed of a substrate chain and an enzyme chain; the signal amplification element includes an isothermal amplification system and a chlorometyrase, and the isothermal amplification system includes expansion. The signal conversion element comprises a color developing agent. The sensor is based on sodium ribozyme, isothermal exponential amplification reaction and G four chain body liquid phase sensing technology. It can be used in the field detection of sodium ions in the environment. It has the advantages of simple, rapid, high sensitivity, high specificity and low cost, especially for the realization of visual detection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于功能核酸的传感器及其在钠离子检测中的应用
本专利技术属于金属离子检测
，具体涉及一种基于功能核酸的传感器及其在钠离子检测中的应用。
技术介绍
钠是一种金属元素，在周期表中位于第3周期第IA族，是碱金属元素的代表，质地柔软，能与水反应生成氢氧化钠，放出氢气，化学性质较活泼。钠元素以盐的形式广泛的分布于陆地和海洋中，钠也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。钠污染主要来源于凝汽器泄露，由于凝结器中循环冷却水中钠的成份很高，一旦凝汽器稍有泄漏，凝结水就会受到污染，进入到水、汽循环系统，加速热力设备的腐蚀、结垢和积盐，严重时可能造成事故。人体中钠的摄取主要是通过食物食盐摄取，缺了它就会饮食无味，还觉得软弱无力；但若长期摄入过多，则很容易影响健康，诱发疾病，例如使尿液中的蛋白质含量升高，引起肾上腺和脑组织释放一种使细胞兴奋性增加的因子，导致动脉收缩，血压升高。血压升高是导致心血管疾病的主要原因，大约62％的中风和49％的冠状动脉心脏病的主要病因是高血压。研究发现，每天的食盐摄入量超过4克(以钠的量计算)，中风的几率明显高于每天吃食盐少于1.5克的人，而且，每天食盐摄入每增加0.5克，中风的风险就增加17％。同样，有前瞻性研究分析了食盐摄入量与心血管疾病的关系，研究者对2436名芬兰人进行了钠含量测定，结果发现，当每天的食盐摄入增加6克，因得冠心病死亡的人数增加了56％，得心脏病死亡的患者增加36％。长期的高钠膳食会增加患高血压的风险，进而还会使得人们更容易患中风和冠状动脉心脏病等心血管疾病。目前，国内外检测钠离子含量的方法很多，如离子色谱法、火焰原子发射光谱法、火焰原子收法、流动注射技术和离子选择性电极相结合的方法等。应用这些方法测定钠离子含量的研究成果也有相应的报导，但运用这些检测方法直接测量往往满足不了要求，除非将大量的样品浓缩到分析技术可检测的范围，这不但费时、费工，而且会因浓缩过程而引入严重误差，不能满足监测的要求，因此采用新的高灵敏度、高准确性和快速的分析方法和检测技术将成为必然。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于功能核酸的传感器及其在钠离子检测中的应用。具体技术方案如下：一种基于功能核酸的传感器，包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，所述分子识别元件包括钠离子脱氧核酶；所述钠离子脱氧核酶由底物链和酶链组成；所述信号放大元件包括等温扩增体系和氯高铁血红素，所述等温扩增体系包括扩增模板；所述脱氧核酶底物链的序列(5’-3’)为：CTCTATCTATrAGGAAGTACCGCCGCGGAGGCGGA；所述脱氧核酶酶链的序列(5’-3’)为：GCGGCGGTACCAGGTCAAAGGTGGGTGAGGGGACGCCAAGAGTCCCCGCGGTTAGATAGAG；所述扩增模板的序列(5’-3’)为：ACCCACAATGACCCACCCACACCCACCCACAATGACCCACAACTGACTCTCCGCCTCCGCGGCGGTACTTCC；所述信号转换元件包括显色剂。所述等温扩增体系包括A体系和B体系；所述A体系包括：扩增模板、dNTPs和钠离子脱氧核酶切割产物；所述B体系包括：BstDNA聚合酶及其缓冲溶液、Nt.BstNBI切刻内切酶及其缓冲溶液。所述BstDNA聚合酶反应缓冲液：20mMTris-HCl,10mM(NH4)2SO4,50mMKCl,2mMMgSO4,0.1％吐温20，0.1％牛血清白蛋白，pH8.8；所述Nt.BstNBI切刻内切酶反应缓冲液：100mMNaCl,50mMTris-HCl,10mMMgCl2,300μg/ml海藻糖，pH7.9。所述信号转换元件还包括终止剂，优选的，所述终止剂为硫酸；所述显色剂为TMB显色剂。一种检测钠离子的方法，包括如下步骤：制备钠离子浓度和G-四链体功能核酸显色光密度(OD值)关系的标准曲线；按上述制备标准曲线的过程进行待测样品的检测，得到待测样品的G-四链体功能核酸显色光密度值，通过上述标准曲线计算钠离子的浓度；其中，钠离子浓度和G-四链体功能核酸显色光密度关系的标准曲线的步骤包括：(1)在钠离子脱氧核酶的底物链和酶链中加入不同浓度钠离子溶液，制备钠离子脱氧核酶切割产物；所述脱氧核酶底物链的序列(5’-3’)为：CTCTATCTATrAGGAAGTACCGCCGCGGAGGCGGA；所述脱氧核酶酶链的序列(5’-3’)为：GCGGCGGTACCAGGTCAAAGGTGGGTGAGGGGACGCCAAGAGTCCCCGCGGTTAGATAGAG；(2)将扩增模板，dNTPs，钠离子脱氧核酶切割产物和超纯水混合均匀，制备A体系；将BstDNA聚合酶及其缓冲溶液，Nt.BstNBI切刻内切酶及其缓冲溶液混合均匀，制备B体系；所述扩增模板的序列(5’-3’)为：ACCCACAATGACCCACCCACACCCACCCACAATGACCCACAACTGACTCTCCGCCTCCGCGGCGGTACTTCC；(3)A体系先进行孵育，然后与B体系迅速进行混合，孵育扩增，终止反应后得到扩增产物；(4)将扩增产物、酶活缓冲液和氯高铁血红素稀释溶液混匀并反应，形成G-四链体结构；(5)向步骤(4)混合液中加入TMB显色液，混匀并反应，反应结束后加入H2SO4，酶标仪测定OD450，得到OD450值随钠离子浓度变化的标准曲线。步骤(1)的操作为：将钠离子脱氧核酶底物链和酶链用缓冲液稀释，95℃加热15min，然后缓慢降至25℃；加入待测钠离子溶液，25℃孵育6min，加入终止液，得到钠离子脱氧核酶切割产物。步骤(3)的操作为：A体系于55℃孵育5min，然后与B体系迅速进行混合，55℃孵育扩增20min，95℃保持10min以终止反应。步骤(4)中反应温度为37℃，反应时间为30min；步骤(5)中反应温度为37℃，反应时间为10min。本专利技术同时提供一种检测钠离子的试剂盒，包括钠离子脱氧核酶体系、等温扩增体系和显示体系；所述钠离子脱氧核酶体系包括底物链、酶链、缓冲液、钠离子标准溶液和终止液；所述等温扩增体系包括扩增模板、dNTPs、超纯水、BstDNA聚合酶、聚合酶反应缓冲溶液、Nt.BstNBI切刻内切酶和Nt.BstNBI切刻内切酶反应缓冲溶液；所述显体系包括：氯高铁血红素、酶活缓冲液、TMB显色剂和2MH2SO4；所述脱氧核酶底物链的序列(5’-3’)为：CTCTATCTATrAGGAAGTACCGCCGCGGAGGCGGA；所述脱氧核酶酶链的序列(5’-3’)为：GCGGCGGTACCAGGTCAAAGGTGGGTGAGGGGACGCCAAGAGTCCCCGCGGTTAGATAGAG；所述扩增模板的序列(5’-3’)为：ACCCACAATGACCCACCCACACCCACCCACAATGACCCACAACTGACTCTCCGCCTCCGCGGCGGTACTTCC。根据所述的试剂盒，所述缓冲液为终浓度25mMNaCl，50mMMES，pH6.0；所述终止液为0.2MEDTA，2MNaCl，0.5MTris；所述酶活缓冲液为100mMTris、120mMNaCl、10mMMgCl2、100mMKCl，pH8.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功能核酸的传感器，包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，其特征在于，所述分子识别元件包括钠离子脱氧核酶；所述钠离子脱氧核酶由底物链和酶链组成；所述信号放大元件包括等温扩增体系和氯高铁血红素，所述等温扩增体系包括扩增模板；所述脱氧核酶底物链的序列(5’‑3’)为：CTCTATCTATrAGGAAGTACCGCCGCGGAGGCGGA；所述脱氧核酶酶链的序列(5’‑3’)为：GCGGCGGTACCAGGTCAAAGGTGGGTGAGGGGACGCCAAGAGTCCCCGCGGTTAGATAGAG；所述扩增模板的序列(5’‑3’)为：ACCCACAATGACCCACCCACACCCACCCACAATGACCCACAACTGACTCTCCGCCTCCGCGGCGGTACTTCC；所述信号转换元件包括显色剂。

【技术特征摘要】
1.一种基于功能核酸的传感器，包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，其特征在于，所述分子识别元件包括钠离子脱氧核酶；所述钠离子脱氧核酶由底物链和酶链组成；所述信号放大元件包括等温扩增体系和氯高铁血红素，所述等温扩增体系包括扩增模板；所述脱氧核酶底物链的序列(5’-3’)为：CTCTATCTATrAGGAAGTACCGCCGCGGAGGCGGA；所述脱氧核酶酶链的序列(5’-3’)为：GCGGCGGTACCAGGTCAAAGGTGGGTGAGGGGACGCCAAGAGTCCCCGCGGTTAGATAGAG；所述扩增模板的序列(5’-3’)为：ACCCACAATGACCCACCCACACCCACCCACAATGACCCACAACTGACTCTCCGCCTCCGCGGCGGTACTTCC；所述信号转换元件包括显色剂。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述等温扩增体系包括A体系和B体系；所述A体系包括：扩增模板、dNTPs和钠离子脱氧核酶切割产物；所述B体系包括：BstDNA聚合酶及其缓冲溶液、Nt.BstNBI切刻内切酶及其缓冲溶液。3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述信号转换元件还包括终止剂，优选的，所述终止剂为硫酸；所述显色剂为TMB显色剂。4.一种检测钠离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：制备钠离子浓度和G-四链体功能核酸显色光密度关系的标准曲线；按上述制备标准曲线的过程进行待测样品的检测，得到待测样品的G-四链体功能核酸显色光密度值，通过上述标准曲线计算钠离子的浓度；其中，钠离子浓度和G-四链体功能核酸显色光密度关系的标准曲线的步骤包括：(1)在钠离子脱氧核酶的底物链和酶链中加入不同浓度钠离子溶液，制备钠离子脱氧核酶切割产物；所述脱氧核酶底物链的序列(5’-3’)为：CTCTATCTATrAGGAAGTACCGCCGCGGAGGCGGA；所述脱氧核酶酶链的序列(5’-3’)为：GCGGCGGTACCAGGTCAAAGGTGGGTGAGGGGACGCCAAGAGTCCCCGCGGTTAGATAGAG；(2)将扩增模板，dNTPs，钠离子脱氧核酶切割产物和超纯水混合均匀，制备A体系；将BstDNA聚合酶及其缓冲溶液，Nt.BstNBI切刻内切酶及其缓冲溶液混合均匀，制备B体系；所述扩增模板的序列(5’-3’)为：ACCCACAATGACCCACCCACACCCACCCACAATGACCCACAACTGACTCTCCGCCTCCGCGGCGGTACTTCC；(3)A体系先进行孵育，然后与B体系迅速进行混合，孵育扩增，终止反应后得到扩增产物；(4)将扩增产物、酶活缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗云波，许文涛，黄昆仑，田晶晶，肖冰，杜再慧，董凯，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11