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当今社会,环境污染问题受到了越来越多的重视,特别是与人们息息相关的水污染问题,所以建立健全水污染检测体系势在必行。在诸多水污染问题中,重金属离子污染尤其是Hg2+污染受到了广泛关注。汞对人类健康已经构成了严重威胁,它的性质稳定,难处理,具有生物富集性,会对中枢神经系统造成损伤。因此,建立一种简单、准确、快速的Hg2+检测体系,从而保障人类健康,具有重大的现实意义。检测Hg2+的方法多种多样,常用的方法主要有分光光度法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法等,这些方法往往存在仪器昂贵,分析周期长,样品预处理复杂,检测费用高等问题,已经难以适应Hg2+检测方法快速,简便等要求。近期发展起来的生物传感器法已经广泛地应用于Hg2+检测,例如荧光标记法、比色法、量子点法、电化学发光法等。生物传感器是一种利用核酸作为检测工具,在其上标记荧光基团,电化学活性基团或氧化还原性物质,依据其独特的双螺旋结构的改变,检测体系中光信号,电信号或溶液颜色的变化,从而达到检测目标物的目的。Hg2+生物传感器主要是基于核酸适体中的胸腺嘧啶(T)与Hg2+结合形成T-Hg-T结构,特异性的捕捉Hg2+,这种利用生物传感器检测水体中Hg2+的方法在近几年得到了快速地发展。本论文提出将磁纳米颗粒与分裂式G-四分体DNA酶相结合,构建DNA酶生物传感器用于Hg2+的检测,主要是基于核酸序列中的T碱基会捕获Hg2+,形成特殊的T-Hg-T结构,再依据适体形成的G-四分体DNA酶可催化H202氧化ABTS,利用比色法检测水体中的微量Hg2+。论文的主要内容如下：第一章绪论本章首先介绍Hg2+的存在形式及危害,指出Hg2+的检测己经成为了一项十分紧迫的任务,急需建立安全、快速、准确的Hg2+检测方法。其次阐述了常见的检测Hg2+的DNA生物传感器,重点突出了分裂式的G-四分体DNA酶生物传感器的优点。再次简单介绍了在生物传感器中纳米技术的应用情况。最后指出本论文研究的目的和意义,为寻找安全、高效的Hg2+检测手段提供了重要的途径。第二章基于磁纳米颗粒的二段对称分裂式G-四分体DNA酶生物传感器用于Hg2+的快速检测本章提出了一种磁纳米颗粒与二段对称分裂式G-四分体DNA酶相结合的生物传感器用于Hg2+的快速检测。磁纳米颗粒(MNPs)表面包裹一层链霉亲和素,MNPs的生物相容性好,且具有良好的顺磁性,易于Hg2+的分离和收集；利用MNPs将酶从体系中分离出来,大大降低了背景信号。该体系中使用的是二段对称分裂式G-四分体DNA酶,此酶是由两段富含G碱基的DNA片段共同组成。短链DNA1是修饰有生物素的一段富含T碱基的核酸序列,通过生物素-亲和素的相互作用连接至MNPs上(MNPs/DNAl。长链DNA2的两端包含两段富含G碱基的DNA片段,而中间部分包含一段富含T碱基的DNA序列。当体系中有Hg2+时,MNPs/DNAl就可以捕获Hg2+,通过形成T-Hg-T结构与DNA2结合,这样DNA2探针就组装到磁颗粒上(MNPs/DNAl/DNA2)。37℃条件下培育后,DNA2两端富含G的两段DNA片段相互靠近形成对称分裂式G-四分体,hemin嵌入后即形成了hemin嵌入式G-四分体DNA酶。该DNA酶可催化H202氧化ABTS生成浅绿色的ABTS+,利用紫外-可见分光光度计,就可以表征溶液颜色的变化,从而达到检测水体中Hg2+的目的。该方法设计的传感器操作简便,灵敏度高,检出限达到了0.3nM；费用低廉,并具有良好的再生能力。更重要的是加标回收率在94.3%-105.2%之间,可用于天然水体和饮用水样品中微量Hg2+的检测。第三章一种基于分子间分裂式G-四分体DNA酶和磁纳米颗粒的生物传感器用于Hg2+的比色检测本章设计了一种比色生物传感器检测Hg2+,主要是基于核酸序列中的胸腺嘧啶(T)能够特异性识别Hg2+,形成特殊的T-Hg-T结构。该结构稳定性强,是Hg2+生物传感器构建的基础。本文提出使用两段分离的富含G和T碱基的DNA序列作为传感元件,与不分裂的G-四分体相比,这种分子间分裂式G-四分体的体系具有更好的灵活性。Biotin-DNA包含一段富含T碱基的片段,通过链霉亲和素和生物素的主客体识别特性,将biotin-DNA组装到磁纳米颗粒表面(MNPs/DNA)。SA和SB是两段分离的核酸序列,一端富含T碱基,用来与Hg2+形成T-Hg-T结构；另一端富含G碱基,用于组装G-四分体DNA酶。当体系中存在Hg2+时,biotin-DNA、SA和SB上的T碱基与Hg2+结合形成T-Hg-T双链结构,SA和SB就组装到了磁颗粒上(MNPs/DNA/SA/SB)此时SA和SB上两段富含G的片段相互靠近,培育后即形成G-四分体,hemin嵌入后就形成了hemin嵌入式G-四分体DNA酶。该酶具有催化H202氧化ABTS反应的能力,通过比色法进行检测,就可以通过吸收光谱反映溶液中Hg2+的浓度变化情况。我们利用磁纳米颗粒良好的生物相容性,将纳米技术引入到Hg2+生物传感器中,以使Hg2+得到集中处理,并且大大降低了背景信号。我们设计的Hg2+传感器灵敏度高,特异性强,检出限为0.8nM,在共存离子浓度是Hg2+浓度100倍时也能够选择性检测Hg2+。我们还对饮用水、工业废水等实际水体样品进行了检测,回收率均在可靠范围内,实用性强,所以该传感器有望在今后的水环境监测体系中得到有效应用。