【摘 要】
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铅离子(Pb2+)是污染最广泛且毒性最强的重金属污染物之一,可通过生物链在人体内蓄积,即使在低浓度下也对人体造成严重损害。传统的检测方法需要使用复杂的大型仪器和专业的操作人员,在实时监测领域存在一定的局限性。基于此,开发灵敏简单的Pb2+快速检测方法是至关重要的。随着传感技术的快速发展,各种基于功能核酸的荧光传感器被设计用于重金属离子、毒素和蛋白等的检测。本文基于功能核酸对靶标的特异性识别以及辅助
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铅离子(Pb2+)是污染最广泛且毒性最强的重金属污染物之一,可通过生物链在人体内蓄积,即使在低浓度下也对人体造成严重损害。传统的检测方法需要使用复杂的大型仪器和专业的操作人员,在实时监测领域存在一定的局限性。基于此,开发灵敏简单的Pb2+快速检测方法是至关重要的。随着传感技术的快速发展,各种基于功能核酸的荧光传感器被设计用于重金属离子、毒素和蛋白等的检测。本文基于功能核酸对靶标的特异性识别以及辅助信号放大能力、荧光传感器的快速响应、荧光共振能量转移（FRET）、核酸酶引发的信号放大以及纸基传感器的适用性,构建了三种功能核酸荧光传感器。主要的研究内容及相关结果如下:1.利用金纳米花（AuNFs）的高荧光淬灭效率,Pb2+与其适配体（Apt）的特异性结合以及Rec Jf Exo引发的信号扩增技术构建了一个Pb2+荧光适配体传感器。通过Au-S键将SH-c DNA/FAM-Apt装载在Au NFs上构建了适配体传感器。Pb2+与其Apt之间的高亲和力使Apt从随机线圈变为G-四链体结构并从传感器上脱离,FAM与Au NFs之间FRET消失导致荧光的恢复,同时Rec Jf Exo水解G-四链体释放的Pb2+循环参与反应引起信号扩增。当Pb2+浓度在0.5 n M-1μM范围内时,-0与7)(2+)具有很好的线性关系,检测限（LOD）为0.29 n M。实验结果中Au NFs的消光系数是Au NSs的1.8倍,这表明Au NFs的荧光淬灭能力更强。该传感策略成功地用于自来水、茶叶和大米粉质控样的分析,为实际样品中Pb2+的检测提供了一个平台。2.双信号比率传感器可以减少检测环境的干扰,避免假阳性反应,同时级联信号放大策略可以进一步提高传感器的灵敏度。结合Pb2+依赖型DNAzyme-ExoⅢ辅助级联信号放大,研制了一种基于功能核酸的低噪声比率荧光生物传感器。传感器用两端分别标记Cy3和Cy5的发夹DNA（HP）作为荧光探针,并选择Cy3和Cy5的荧光强度比562/665作为响应信号。通过biotin-SA结合在磁珠（MBs）表面修饰DNAzyme的底物链（S-DNA）,再通过碱基互补修饰DNAzyme的酶链（E-DNA）。在Pb2+存在下,DNAzyme催化活性被激活从而剪切S-DNA,一条ss DNA被释放并打开HP的发夹结构,这时两个荧光团之间的FRET效应消失,562/665增大。DNAzyme-ExoⅢ级联扩增策略引发的ss DNA循环间接引发了信号放大。当Pb2+浓度在0.1 n M-1μM范围内时,562/665与7)(2+)呈良好的线性关系。基于级联信号放大作用,传感器的灵敏度进一步提高,LOD低至77 p M。该比率型生物传感策略具有较好的重现性和重复性结果,也成功应用于实际样品水、茶叶和大米粉的检测,表明其在Pb2+的检测方面具有很大的应用潜力。3.纸基传感平台易于小型化、设计简单且携带方便,用于构建高通量传感器有望实现现场检测。本实验设计了一种高通量纸基荧光适配体传感器,用于全链条样品中Pb2+的快速检测。通过biotin-SA强结合将FAM-Apt-biotin链固定在纸基传感平台上。Pb2+结合Apt并改变其构象,Dabcyl-c DNA可与游离Apt形成ds DNA,并且由于FAM和Dabcyl之间的FRET效应淬灭荧光。荧光强度与Pb2+浓度呈正相关,当Pb2+浓度在10 n M-10μM范围内时,-0/0与7)(2+)呈线性关系,LOD为6.1 n M。开发的纸基荧光适配体传感器也通过酶标仪实现了Pb2+的高通量检测。此外,该方法已成功用于检测湖水-土-食物全链条样品中Pb2+。该纸基传感策略在重金属的现场快速检测方面具有一定的应用价值。
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