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随着工业化进程的加快,越来越多的工业废水以及生活污水排入水体,重金属作为一种重污染物已经对生态环境造成了不可忽视的破坏。银、铅、汞这三种重金属离子对环境的污染已经相当普遍,对人类健康也带来严重的危害。本文发展了一种基于荧光探针的高灵敏、高选择性的检测方法,利用特定核酸序列与三种重金属离子具有较高的特异性而形成不同的特异性结构,可对水环境及食品中银、铅、汞三种重金属离子进行痕量检测。本论文主要工作内容如下:1、利用Ag(Ⅰ)与富含胞嘧啶的核酸序列配位形成C-Ag(Ⅰ)-C、Pb(Ⅱ)与富含鸟嘌吟的核酸序列配位形成G-四联体、Hg(Ⅱ)与富含胸腺嘧啶的核酸序列配位形成T-Hg(Ⅱ)-T的特异结构,设计了一种能够同时检测银、铅、汞三种重金属离子的双标记荧光探针。本方法中核酸探针5’-端标记荧光基团六绿荧光素(HEX)且富含胞嘧啶序列,可与Ag(Ⅰ)特异性配位形成C-Ag(Ⅰ)-C发夹结构,3’-端标记荧光基团Cy5且富含胸腺嘧啶序列,可与Hg(Ⅱ)特异性配位形成T-Hg(Ⅱ)-T发夹结构,而中间则为富含鸟嘌吟的核酸序列,在Pb(Ⅱ)存在情况下形成G-四联体结构,有良好的猝灭性能。基于此,本论文设计的探针能够同时检测样品中Ag(Ⅰ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)三种重金属离子。2、本方法检测Ag(Ⅰ)时,首先向探针体系中加入一定浓度的Pb(Ⅱ),使探针中间富含鸟嘌呤的核酸序列形成G-四联体,然后向体系中加入不同浓度梯度的Ag(Ⅰ),5’-端富含胞嘧啶的核酸序列与Ag(Ⅰ)发生特异性错配形成发夹结构,使5’-端末端荧光基团HEX与G-四联体相互靠近而发生不同程度的荧光猝灭。实验数据表明,荧光基团HEX的猝灭率与Ag(Ⅰ)在1-80 nmol/L 的浓度梯度有良好的线性关系,检测限为47 pmol/L。最后,优化后体系的最佳测定条件为:离子强度0.4mol/L,pH值7.0,最优Pb(Ⅱ)浓度 400 nmol/L。3、本方法检测Hg(Ⅱ)时,首先向探针体系中加入一定浓度的Pb(Ⅱ),使探针形成G-四联体,然后向体系中加入不同浓度梯度的Hg(Ⅱ)使探针富含胸腺嘧啶序列错配形成发夹结构,从而导致3’-端末端荧光基团Cy5与G-四联体相互靠近而发生不同程度的荧光猝灭。实验数据表明,荧光基团Cy5的猝灭率与Hg(Ⅱ)在1-80 nmol/L的浓度梯度有良好的线性关系,检测限为99pmol/L。最后,优化后体系的最佳测定条件为:离子强度 0.4mol/L,pH 值 7.0,最优 Pb(Ⅱ)浓度 300nmol/L。4、本方法检测Pb(Ⅱ):基于Ag(Ⅰ)检测Pb(Ⅱ)的方法:首先向探针体系中加入一定浓度的Ag(Ⅰ),使对应核酸序列发生特异性配位折叠形成发夹结构,然后向体系中加入不同浓度Pb(Ⅱ),探针中间富含鸟嘌呤的核酸序列与Pb(Ⅱ)发生配位形成G-四联体,使5’-端末端荧光基团HEX与猝灭基团G-四联体直接相互作用发生不同程度的荧光猝灭。实验数据表明,荧光基团HEX的猝灭率与Pb(Ⅱ)在1-80 nmol/L的浓度梯度有良好的线性关系,检测限为54pmol/L。最后,优化后体系的最佳测定条件为:离子强度0.4mol/L,pH值7.0,最优 Ag(Ⅰ)浓度 400 nmol/L。基于Hg(Ⅱ)检测Pb(Ⅱ)的方法:首先向探针体系中加入一定浓度的Hg(Ⅱ),使探针发生特异性配位折叠形成发夹结构,然后向体系中加入不同浓度Pb(Ⅱ),探针中间富含鸟嘌呤的核酸序列与Pb(Ⅱ)配位折叠形成G-四联体,使3’-端末端荧光基团Cy5与猝灭基团G-四联体直接相互作用发生不同程度的荧光猝灭。实验数据表明,荧光基团Cy5的猝灭率与Pb(Ⅱ)在1-80 nmol/L的浓度梯度有良好的线性关系,检测限为116pmol/L。最后,优化后体系的最佳测定条件为:pH值7.0,离子强度0.4mol/L,Hg(Ⅱ)浓度 400 nmol/L。5、对本方法检测的灵敏度、阴阳离子的选择特异性以及标准方程分别进行检验得出结论,本方法对Ag(Ⅰ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)三种重金属离子检测均有较高的灵敏性和选择特异性,并且对检测环境中相关的阴离子和阳离子均有较强的抗干扰能力;对水样以及生活中常见的易于富含重金属的农产品,如豆芽、蘑菇等进行三种重金属含量检测,结果表明可检测到低浓度的Ag(Ⅰ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ);同时,对上述检测浓度进行加标回收实验验证,回收率达90%以上,表明检测结果准确;最后通过对比检测Pb(Ⅱ)两种方法的检测限、灵敏度及选择性,可得出基于Ag(Ⅰ)检测Pb(Ⅱ)的方法更为准确。6、Ag(Ⅰ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)三种重金属离子分别作为中间体均可介导OND荧光探针两端荧光基团与G-四联体相互接触发生荧光猝灭,用紫外吸收光谱和热力学研究的方法对其猝灭机制进行研究。最后结果表明,两种荧光基团与G-四联体相互作用发生的猝灭类型均为静态猝灭;荧光基团与G-四联体的结合比均为1:1,而较大的结合常数证明二者结合非常稳定;最后热力学参数表明三种金属离子介导的反应都可自发进行,作用力类型均为范德华力和氢键相互作用。