一种基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法技术

本发明专利技术公开了一种DNA水凝胶快速检测重金属离子方法，基于金属离子依赖性脱氧核糖核酸酶具有高选择性、特异性结合能力和良好的稳定性。DNA酶是一种功能性核酸，具有蛋白酶的催化功能和抗体的结合功能。它由用于结合特定金属离子并与其寡核苷酸底物杂交的环区组成。与金属辅因子结合后，脱氧核酶将被激活，底物可被分成两条链。链上结合的荧光材料被激活，测量荧光信号增加，用于灵敏的铅定量，检测限为1nM。同时，基于DNA水凝胶检测方法还显示出对不同金属离子的高选择性，这对复杂样品的分析非常重要。非常重要。非常重要。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法


[0001]本专利技术属于检测重金属污染
，具体涉及一种基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法。

技术介绍

[0002]重金属污染对水环境、土壤和饮用水安全来说是一个日益具有挑战性的问题。重金属离子很难通过微生物降解，积累并与细胞蛋白发生强烈相互作用，导致酶失活，引起慢性中毒。例如铅是毒性最大的重金属离子之一，在环境中容易积累，也很难降解。微量铅暴露会造成严重危害，长期铅离子对人类，尤其是儿童有不利影响。这包括对心血管、生殖和其他代谢器官的严重影响以及对中枢神经系统的损害。饮用水中铅离子的最大浓度规定为10μg/L(48nm)。因而，对水体或者土壤中重金属离子的监测一直是一个重大的挑战。
[0003]对此，开发快速、方便、高灵敏度、高选择性的重金属离子监测传感器成为人们广泛的需求。目前，检测重金属离子的方法有电感耦合等离子体质谱法、X射线荧光光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、阳极溶出伏安法，虽然这些仪器可以定量检测重金属离子，但这些方法大多需要中心复杂的仪器和专业人员。这些技术只适用于集中实验室，而不适用于实时测试。因此，迫切需要一种高精度、高灵敏度的重金属离子实时检测方法。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法。本专利技术开发了一种无标记的荧光传感策略，在重金属离子的存在下，DNA酶链的尾部被切割并从底物链上释放，然后测量荧光信号增加，用于灵敏的铅定量，检测限为1nM。同时，基于DNA水凝胶检测方法还显示出对不同金属离子的高选择性，这对复杂样品的分析非常重要。该水凝胶的材料：5
′‑
末端碱基修饰的DNA链(缩写为SA，ST)、GR
‑
5DNA酶链。金属离子依赖性脱氧核糖核酸酶具有高选择性、特异性结合能力和良好的稳定性。DNA酶是一种功能性核酸，具有蛋白酶的催化功能和抗体的结合功能。它由用于结合特定金属离子并与其寡核苷酸底物杂交的环区组成。与金属辅因子结合后，脱氧核酶将被激活，底物可被分成两条链。链上结合的荧光材料被激活，从而达到检测重金属含量的功能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]本专利技术提供一种基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将包括A链和T链的丙烯酰胺
‑
DNA链分别与2
‑
10％丙烯酰胺单体水溶液混合；将混合溶液置于真空干燥器中10
‑
30分钟以除去空气，然后加入1.4％聚硫酸铵和四甲基乙二胺水溶液；将反应管立即置于真空干燥器中以除去空气，并聚合15分钟以产生聚丙烯酰胺
‑
脱氧核糖核酸缀合物P
‑
SA和P
‑
ST；反应后，聚合物产物通过超离心过滤器纯化，以除去未聚合的单体和其他小分子以供进一步使用；
[0008]S2、产生用于检测重金属离子的DNA水凝胶，将摩尔比为100
‑
500微米：100
‑
500微米：100
‑
500微米的P
‑
SA、P
‑
ST和GR
‑
5脱氧核酶链的溶液与等量的底物链在三乙酸缓冲液中
混合。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S1中使用A链和T链的羟基酰胺通过羟乙基乙二胺和DNA链，采用DCC，DMAP经过脱水缩合得到。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S1中的混合液需要N2保护以除去混合液体中的O2。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S1中的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，用量为0.5％
‑
3％，促进剂为四甲基乙二胺，以促进聚合。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S1中使用分子质量为50
‑
100kDa的超离心过滤器纯化。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S2中将混合溶液在15
‑
35℃的室温下置于真空干燥器中。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S2中混合后的混合溶液在30
‑
70℃加热1
‑
10分钟后剧烈摇动2
‑
20次，然后在1
‑
9℃下储存。
[0015]本专利技术相较于现有技术，具有以下有益效果：
[0016]1.本专利技术利用金属离子依赖性脱氧核糖核酸酶具有高选择性、特异性结合能力和良好的稳定性制备的DNA水凝胶，可用于快速检测重金属离子。本专利技术方法简单有效，操作简便，且制备所需时间较短，所需设备较为简单。
[0017]2.选用的材料都是生物相容性较好的材料，生物毒性低。
[0018]3.制备出的DNA水凝胶提供高效快速的检测重金属离子能力，同时可以实现对不同重金属离子的检测效果。
[0019]4.重金属离子存在下，脱氧核酶裂解底物链，释放出富含荧光信号的部分，荧光信号明显增强，从而迅速检测出重金属离子。
附图说明
[0020]图1为DNA水凝胶检测重金属离子示意图。
[0021]图2为不同pH下，检测100nM的铅离子荧光强度示意图。
[0022]图3为pH6下，不同浓度(1nM
‑
1mM)重金属离子的荧光强度示意图。
[0023]图4为pH6下，浓度为100nM的不同重金属离子的荧光强度示意图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]实施例1
[0026]将包括A链和T链(300
‑
700微米，溶解在超纯水中)的羟基酰胺
‑
DNA链分别与5％丙烯酰胺单体水溶液混合。将混合溶液在室温(≈15
‑
35℃)下置于真空干燥器中10
‑
30分钟以除去空气，然后加入1.4％聚硫酸铵和四甲基乙二胺水溶液。将反应管立即置于真空干燥器中以除去空气，并聚合15分钟以产生聚丙烯酰胺
‑
脱氧核糖核酸缀合物P
‑
SA和P
‑
ST。反应后，聚合物产物通过分子质量为50
‑
100kDa的超离心过滤器纯化，以除去未聚合的单体和其他小分子以供进一步使用。
[0027]为了产生用于检测重金属离子的DNA水凝胶，将P
‑
SA氧核酶链(摩尔比为100
‑
500微米)的溶液与等量的底物链在三乙酸缓冲液中混合。为了确保水凝胶的均匀性，混合溶液在30
‑
70℃加热1
‑
10分钟后剧烈摇动2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将包括A链和T链的羟基酰胺
‑
DNA链分别与2
‑
10％丙烯酰胺单体水溶液混合；将混合溶液置于真空干燥器中10
‑
30分钟，用N2置换混合溶液中的空气，然后加入1.4％聚硫酸铵和四甲基乙二胺水溶液；将反应管立即置于真空干燥器中以除去空气，并聚合15分钟以产生聚丙烯酰胺
‑
脱氧核糖核酸缀合物P
‑
SA和P
‑
ST；反应后，聚合物产物通过超离心过滤器纯化，以除去未聚合的单体和其他小分子以供进一步使用；S2、产生用于检测重金属离子的DNA水凝胶，将摩尔比为100
‑
500微米：100
‑
500微米：100
‑
500微米的P
‑
SA、P
‑
ST和GR
‑
5脱氧核酶链的溶液与等量的底物链在三乙酸缓冲液中混合。2.根据权利要求1所述的基于DNA水凝胶的重金属离子快速检测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓波，丰东升，张维谊，朱春燕，马颖清，宋宇迎，周雨璊，李珊珊，杨秋夏，
申请(专利权)人：上海市农产品质量安全中心，
类型：发明
国别省市：