一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的制备方法。适体链Apt与cDNA以碱基互补配对的方式结合，固定在MBs上，形成MBs@Apt/cDNA。当铅离子存在时，适体链Apt与铅离子结合，使cDNA脱落下来，将互补链cDNA以金

【技术实现步骤摘要】
一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及重金属检测
，具体涉及一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的方法及其应用。

技术介绍

[0002]铅(Pb)是一种常见的有毒物质，受到自然和人为两种污染源的污染。采矿方法不当和非控制的尾矿倾倒会造成严重的铅污染。工厂将含铅的工业污水排入河流，对水资源、土壤和环境中的生物造成极大的危害。根据毒理学研究，铅离子可以通过食物链在人体内积累，对人类身体造成不可逆转的损害。世界卫生组规定饮用水中Pb
2+
的最大可接受浓度为48nM。食品中Pb
2+
含量属于痕量级，因此开发快速准确检测Pb
2+
的方法成为公众关注的热点问题。
[0003]近年来检测重金属的方法有原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱和电感耦合等离子体
‑
原子发射光谱法，虽然这些检测技术具有较高的准确性和良好的特异性，但仍然受到精密仪器和专业操作人员的限制。不过，相当高的灵敏度和简单的操作赋予了电化学传感器(EC)等方法对重金属的分析具有卓越的感应价值。
[0004]多年来，生物传感器是利用信号转换方法，结合生物识别元件与靶标之间的特定作用，对靶标进行定性和定量分析的传感器设备。生物识别元件中适配体作为一条寡核苷酸单链，通常包含15～80个碱基，具有高亲和力和高特异性，能够通过非共价作用力、碱基堆积力等与靶标结合，折叠成特殊二级结构。而不同的金属离子具有不同作用机制的核酸适配体，如铅离子诱导形成G
‑
四链体结构。
[0005]本专利技术针对现有检测技术存在的问题，在电化学传感器高灵敏度识别的基础上，引入磁分离技术，减小了假阳性信号的干扰，提高了检测灵敏度；基于本专利技术的电化学传感策略在克服了以上现有技术存在问题的同时，具有操作步骤简单，无需复杂的处理过程，使用成本低的特点，有利于专利技术的推广应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的问题，在电化学适配体传感器提高灵敏度识别能力的基础上，引入磁分离技术，相较于传统的均相体系可以降低系统背景信号，提供一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器对铅离子的检测方法，该方法能够简单快速，高灵敏度地实现对食品样品中铅离子的检测。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)磁珠MBs和适配体Apt通过生物素与链霉亲和素之间的强结合作用形成将MBs@Apt，加入互补链cDNA与适配体Apt通过碱基互补配对形成MBs@Apt/cDNA。
[0010](2)当铅离子存在时，铅离子与Apt结合，使cDNA脱落，将cDNA通过金
‑
硫键结合至电极表面，加发夹链1和发夹链2通过碱基互补配对与cDNA两两杂交，形成特殊的Y型DNA纳米结构，至此，电化传感器制备完成，将上述电极浸泡在亚甲基蓝溶液中，设置固定参数，在电化学工作站中记录电化学信号。
[0011](3)建立电信号与目标物之间的线性方程。
[0012]本专利技术的检测机理为：磁珠上脱落的cDNA通过金
‑
硫键连接至电极表面，此时加入发夹链1和发夹链2与cDNA形成特殊的Y型DNA纳米结构，将电极浸泡在亚甲基蓝溶液中时亚甲基蓝作为信号标签会嵌入到DNA双链中的磷酸骨架上，产生较大的电信号；不存在铅离子时，不能激活体系，从而产生较小的电信号；该传感器在适配体特异性识别铅离子的基础上，通过磁分离技术降低系统背景信号，提高了传感器的灵敏度，从而实现对铅离子的快速，准确检测。
[0013]在本专利技术中，步骤(1)中，所述的适配体链的序列为：5
’‑
GGG TGG GTG GGT GGG T
‑3’
,其中5
’
端修饰有生物素；所述的互补链的序列为：5
’‑
ACC CAC CCA CCC GGA ATAT GGC GTA GGC AAT
‑3’
，其中5
’
端修饰有巯基。
[0014]在本专利技术中，步骤(1)中，所述的MBs的体积为1～10μL，所述的恒温振荡温度为20～50℃，时间为1～2h。
[0015]在本专利技术中，步骤(2)中加入发夹链1和发夹链2的浓度为2～4μM，所用体积为3～6μL，孵育时间为0.5h～2.5h。
[0016]在本专利技术中，步骤(2)中，亚甲基蓝的浓度为4～15mmoL/L，孵育时间为10～50min。
[0017]在本专利技术中，所述的清洗缓冲液为邻苯二甲酸
‑
盐酸缓冲液，磷酸盐缓冲液，三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的一种或者多种。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0019]1.本专利技术利用适配体与铅离子的特异性结合，提高了电化学传感器的选择性和成本效益。
[0020]2.本专利技术利用磁分离技术降低系统背景信号，提高电化学传感器的可靠性。
[0021]3.基于本专利技术的电化学传感器，体系单一，操作步骤简单，快速灵敏，有利于专利技术的推广利用。
附图说明
[0022]图1为基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子制备示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例1所构建的传感器在加入Pb
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前(虚线)、后(实线)的差分脉冲结果。
[0024]图3为本专利技术实施例1所构建的传感器检测铅离子的标准曲线。
[0025]图4为本专利技术实施例1所构建的传感器在其他干扰离子存在的情况下对铅离子的选择性。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0027]实施例1：
[0028]一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的制备方法及其应用，其实现方法如图1所示。
[0029]一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1)准确吸取2μmol/L生物素标记的Apt与3μL MBs链霉亲和素包被的MBs，恒温振荡1h后除去上清液，形成MBs@Apt。然后吸取等体积的cDNA(2μmol/L)通过恒温振荡的方式将两条链以部分碱基互补配对的方式结合，形成MBs@Apt/cDNA。
[0031](2)当铅离子存在时，适体链Apt与铅离子结合，使得cDNA脱落下来，将互补链cDNA以金
‑
硫键的方式结合至电极表面，加MCH封闭结合位点，用磷酸盐缓冲液冲洗电极，在电极上滴加2μL，2μmol/L发夹链1和2μL，2μmol/L的发夹链2，孵育1h，发夹链与cDNA通过碱基互补配对两两杂交，形成特殊的Y型DNA纳米结构。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）磁珠MBs和适配体Apt通过生物素与链霉亲和素之间的强结合作用形成将MBs@Apt，加入互补链cDNA与适配体Apt通过碱基互补配对形成MBs@Apt/cDNA；（2）当铅离子存在时，铅离子与Apt结合，使cDNA脱落，将cDNA通过金
‑
硫键结合至电极表面，加入发夹链1和发夹链2通过碱基互补配对与cDNA两两杂交，形成特殊的Y型DNA纳米结构，至此，电化传感器制备完成，将上述电极浸泡在亚甲基蓝溶液中，设置固定参数，在电化学工作站中记录电化学信号。2.根据权利要求1所述的一种基于Y型DNA纳米结构的电化学传感器检测铅离子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的适配体链的序列为：5
’‑
GGG TGG GTG GGT GGG T
‑3’
,其中5
’
端修饰有生物素；所述的互补链的序列为：5
’‑
ACC CAC CCA CCC ...

【专利技术属性】
技术研发人员：索志光，亓心如，金华丽，董洁，郭蕊，卫敏，何保山，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：