高灵敏检测痕量金属离子的方法技术

本发明专利技术涉及高灵敏检测痕量金属离子的方法，其工艺：先利用单链ＤＮＡ探针修饰贵重金属表面，利用单链ＤＮＡ探针修饰量子点表面；再设计一条中间插有一个ＲＮＡ碱基的单链ＤＮＡ作为底物链，将贵重金属和荧光体耦联起来；通过生物系统进化或体外筛选得到对不同金属具有特异活性的ＤＮＡ酶；当被监测目标中没有目标重金属离子时，贵重金属将对荧光体的荧光产生淬灭效应，此时得到的荧光强度非常弱；当被监测目标中含有与ＤＮＡ酶特异性结合的重金属离子时，ＤＮＡ酶的底物链在ＲＮＡ碱基处会断裂，引起贵重金属表面和荧光体之间的分离，贵重金属对荧光体荧光的淬灭效应消失，读出的荧光体的荧光强度成数量级增强，从而实现对痕量金属离子的高灵敏监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于分析检测技术 领域。
技术介绍
金属离子污染，如汞、铅、铜、锰、镉、铬等对人体健康和环境的可 持续性发展有着极大的危害，因此，实现对金属离子的在场、实时、灵敏 的监测，具有十分重大的意义。传统的检测方法，如色谱法、原子吸收光 谱法等分析测试手段都是通过现场取样，然后回实验室进行检测，不能做 到对样品(如水体、食品、饮料等)的实时、有效的监测。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高灵敏检测痕量 金属离子的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现，通过DNA技术改变贵重金属表面和荧光体之间的距离，引起荧光体荧光强度的显著改变，从而达到对痕量 金属离子的高灵敏检测，具体包括以下步骤——① 对贵重金属表面利用单链DNA探针进行修饰；② 对荧光体利用单链DNA探针进行修饰；③ 设计合成一条与上述两条探针互补的DNA单链作为底物链，其长 度大于贵重金属表面和荧光体的DNA探针序列的加和，通过这条DNA探 针将步骤①的贵重金属和步骤②的荧光体连接起来；且底物链中间部分的4DNA单链中含有一个RNA碱基；④ 通过生物系统进化或体外筛选得到对不同金属具有特异活性的DNA酶，其序列与其底物链互补配对，不同DNA酶构建的检测系统分别 检测不同的金属离子；⑤ 加入检测样品，当被监测的样品中没有目标金属离子时，贵重金属 将对荧光体的荧光产生淬灭效应，得到的荧光强度非常弱；当被监测的样 品中含有与DNA酶特异性结合的金属离子时，DNA酶的底物链发生断裂， 引起贵重金属表面和荧光体之间的分离，贵重金属对荧光体荧光的淬灭效 应消失，读出的荧光体的荧光强度成数量级增强，从而实现对痕量金属离 子的高灵敏监测；可以选用不同荧光的荧光体结合不同的DNA酶，同时 实现对不同金属离子的高灵敏检测。进一步地，上述的，步骤①的贵重金 属采用金纳米颗粒、或银纳米颗粒、或金薄膜、或银薄膜。更进一步地，上述的，步骤②的荧光 体采用CdSe量子点、或CdS量子点、或CdTe量子点、或CdSe/ZnS量子 点、或CdSe/CdS量子点、或CdSe/CdS/ZnS量子点、或CdTe/CdS量子点、 或者各种有机荧光分子，包括并不局限于吲哚类菁染料、花青染料等。本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 通过DNA技术改变贵重金属表面和荧光体之间的距离，引起荧光体 荧光强度的显著改变，从而达到对痕量金属离子的高灵敏检测。由于不同 荧光体的荧光光谱不同，因而可选用不同荧光的荧光体结合不同的DNA 酶，同时可对不同金属离子的高灵敏检测；最终实现对样品的有效、实时、 大范围监测。通过微机电系统的集成，可以实现该技术方案应用的芯片化， 进而为用户提供一种便携式、网络化、高通量、高灵敏的金属离子监测芯 片。具体实施例方式本专利技术通过DNA技术改变贵重金属表面和荧光体之间的距离，引起 荧光体荧光强度的显著改变，从而达到对痕量金属离子的高灵敏检测。，详细过程是l)利用单链DNA探 针修饰贵重金属表面；2)利用单链DNA探针修饰荧光体；3)设计合成 一条中间插有RNA碱基的DNA单链，作为DNA酶的底物链，其长度大 于贵重金属表面和荧光体的DNA探针序列的加和，通过所述底物链将步 骤l)的贵重金属和步骤2)的荧光体耦联起来，其中间部分以DNA单链 形式存在；4)通过生物系统进化或体外筛选得到对不同金属具有特异活 性的DNA酶，其序列与其底物链互补配对，不同DNA酶构建的检测系统 分别检测不同的金属离子；5)加入检测样品，当被监测的样品中没有目 标金属离子时，贵重金属将对荧光体的荧光产生淬灭效应，得到的荧光强 度非常弱；当被监测的样品中含有与DNA酶特异性结合的金属离子时， DNA酶的底物链发生断裂，引起贵重金属表面和荧光体之间的分离，贵重 金属对荧光体荧光的淬灭效应消失，读出的荧光体的荧光强度成数量级增 强，从而实现对样品中不同金属离子的高灵敏检测。其中，步骤l)贵重金属采用金纳米颗粒、或银纳米颗粒、或金薄膜、 或银薄膜。步骤2)量子点采用CdSe量子点、或CdS量子点、或CdTe量 子点、或CdSe/ZnS量子点、或CdSe/CdS量子点、或CdSe/CdS/ZnS量子 点、或CdTe/CdS量子点、或者各种有机荧光分子，包括并不局限于吲哚 类菁染料、花青染料等。步骤5)中加入检测样品后，当被监测样品中含有与DNA酶特异性结 合的金属离子时，DNA酶的底物链在RNA碱基处发生断裂，引起荧光体 的荧光强度的变化，实现对样品中金属离子的高灵敏检测。步骤5)中可 加入不同底物链连接的不同荧光的荧光体，当加入的样品中含有不同的金 属离子时，会同时引发不同荧光体的荧光强度的变化，实现对不同金属离子的多通道检测。 实施例l:将0.5 mL DNA探针修饰的30nm的金纳米粒子和0.5 mL DNA探针修 饰的绿色荧光的量子点在1.5mL的离心管中混合后，加入10 |aL浓度为10的底物DNA和20 浓度为10 (iM的Hg"的DNA酶。通过1小时 从55。C淬火到室温后，测量量子点的荧光强度。然后加入含有Hg^的样 品，30分钟后对样品的荧光强度再进行测量，得到Hg^检测后的荧光强度。 根据标准曲线，计算得到样品中H^+的浓度。实施例2:将0.5 mL DNA探针修饰的30nm的金纳米粒子和0.5 mL DNA探针修 饰的红色荧光的量子点在1.5mL的离心管中混合后，加入10 (iL浓度为10的底物DNA和20 |iL浓度为10 pM的Pt^+的DNA酶。通过1小时 从55 。C淬火到室温后，测量量子点的荧光强度。然后加入含有Pb》的样 品，30分钟后对样品的荧光强度再进行测量，得到Pb^检测后的荧光强度。 根据标准曲线，计算得到样品中Pb^的浓度。实施例3:将0.5 mL DNA探针修饰的30nm的金纳米粒子和0.5 mL喷哚类菁染 料修饰的DNA探针在1.5mL的离心管中混合后，加入10 fxL浓度为10 |aM 的底物DNA和20 ^iL浓度为10 )iM的Cu"的DNA酶。通过1小时从55 。C淬火到室温后，测量吲哚类菁染料的荧光强度。然后加入含有Ci^+的样 品，30分钟后对样品的荧光强度再进行测量，得到OZ+检测后的荧光强度。 根据标准曲线，计算得到样品中C^+的浓度。实施例4:将0.5 mL DNA探针修饰的30nm的金纳米粒子和0.5 mL DNA探针修7饰的黄色荧光的量子点在1.5mL的离心管中混合后，加入10 pL浓度为10 (iM的底物DNA和20 (iL浓度为10 的C(f+的DNA酶。通过1小时 从55。C淬火到室温后，测量量子点的荧光强度。然后加入含有Cc^+的样 品，30分钟后对样品的荧光强度再进行测量，得到CcP+检测后的荧光强度。 根据标准曲线，计算得到样品中Cd^的浓度。综上所述，本专利技术利用DNA纳米技术，通过对监测目标金属离子的 特异性识别，改变读出光信号的强度，实现对样品的有效、实时、大范围 监测。通过微机电系统的集成，可以实现该技术方案应用的芯片化，进而 为用户提供一种便携式、网络化、高通量、高灵敏的金属离子监测芯片。以上仅是本专利技术的具体应用范例，对本专利技术的保护范围不构成任何限 制本文档来自技高网...

【技术保护点】
高灵敏检测痕量金属离子的方法，其特征在于：具体包括以下步骤－　①利用单链ＤＮＡ探针修饰贵重金属表面；　②利用单链ＤＮＡ探针修饰荧光体；　③设计合成一条中间插有ＲＮＡ碱基的ＤＮＡ单链，作为ＤＮＡ酶的底物链，其长度大于贵重金属 表面和荧光体的ＤＮＡ探针序列的加和，通过所述底物链将步骤①的贵重金属和步骤②的荧光体耦联起来，其中间部分以ＤＮＡ单链形式存在；　④通过生物系统进化或体外筛选得到对不同金属具有特异活性的ＤＮＡ酶，其序列与其底物链互补配对，不同ＤＮＡ酶构 建的检测系统分别检测不同的金属离子；　⑤加入检测样品，当被监测的样品中没有目标金属离子时，贵重金属将对荧光体的荧光产生淬灭效应，得到的荧光强度非常弱；当被监测的样品中含有与ＤＮＡ酶特异性结合的金属离子时，ＤＮＡ酶的底物链发生断裂，引起 贵重金属表面和荧光体之间的分离，贵重金属对荧光体荧光的淬灭效应消失，读出的荧光体的荧光强度成数量级增强，从而实现对样品中不同金属离子的高灵敏检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王强斌，
申请(专利权)人：苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]