【摘 要】
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重金属是有害污染物,由于其环境持久性、毒性和生物累积性,对人类和水生生态系统构成严重威胁。铅离子(Pb2+)是对人类健康和生态系统造成严重危害且最具毒性和持久性的重金属离子之一。低浓度Pb2+也会导致许多健康问题,包括神经损伤、心血管损伤、肾脏功能障碍、生殖功能障碍和发育障碍等。DNA酶（DNAzyme）是体外筛选具有类似酶催化活性的DNA分子,通过Pb2+能够特异性识别DNAzyme特定裂解位点
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重金属是有害污染物,由于其环境持久性、毒性和生物累积性,对人类和水生生态系统构成严重威胁。铅离子(Pb2+)是对人类健康和生态系统造成严重危害且最具毒性和持久性的重金属离子之一。低浓度Pb2+也会导致许多健康问题,包括神经损伤、心血管损伤、肾脏功能障碍、生殖功能障碍和发育障碍等。DNA酶（DNAzyme）是体外筛选具有类似酶催化活性的DNA分子,通过Pb2+能够特异性识别DNAzyme特定裂解位点,使其以不同的信号转导方式表达,已被广泛应用于Pb2+的检测。为了提高检测灵敏度,信号放大策略在构建检测传感器中扮演重要角色。本文利用Pb2+特异识别DNAzyme裂解位点,结合目标物循环放大、纳米材料放大、DNA步行器放大策略,构建了比色分析、光电化学技术和便携式血糖仪传感分析模式,以实现对Pb2+的灵敏度检测。本文实验主要内容包括:（1）以Fe2+催化显色结合目标物循环和核酸外切酶III（Exonuclease III,Exo III）放大策略构建比色分析模式。Fe2+在酸性条件溶解O2中催化氧化无色3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine,TMB）为蓝色ox TMB,从而引起颜色反应。当PO43-存在时,其对Fe2+的强亲和力迅速沉淀游离Fe2+离子,导致其显色能力丧失。考虑到碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase,ALP）催化单碱基水解产生PO43-,利用Pb2+循环剪切微孔板固载的DNAzyme与底链DNA（s DNA）形成的杂交链,产生游离的新单链DNA（DNA1）;Exo III特异性剪切DNA1与捕获DNA（c DNA）形成的杂交双链中的DNA1释放单碱基,而被释放的c DNA继续捕获游离DNA1杂交,实现链杂交-剪切-释放循环放大策略。采用比色法间接测定Pb2+。结果表明,该方法在0.01-1 nmol/L线性范围内对Pb2+具有较好的检测灵敏度,检测限可达6.85 pmol/L。所建立的检测方法实现牛奶中Pb2+的测定。（2）以纳米金功能化的聚酰胺-胺型（nanogold-functionalized poly amidoamine,Au/PAMAM）树枝分子为信号放大材料,Cu3（BTC）2和Ti O2为光活性材料构建一种新型光电化学（Photoelectrochemical,PEC）传感技术用于检测Pb2+。Cu3（BTC）2/Ti O2功能化FTO电极（FTO/Cu3（BTC）2/Ti O2）作为捕获底链DNA（s DNA）的平台,Au/PAMAM功能化的发夹DNA（h DNA）（h DNA-Au/PAMAM）通过碱基配对与s DNA杂交反应,获得初始光电流值。引入Pb2+特定识别裂解杂交链中s DNA,从而h DNA-Au/PAMAM从电极表面脱离,导致传感平台光电流增大。且光电流大小随Pb2+浓度增大而增大,由此可实现Pb2+的定量。在实验优化条件下,光电流与Pb2+浓度对数在1 pmol/L～1μmol/L范围内呈良好的线性关系,检测限为0.97 pmol/L。首次将Cu3（BTC）2应用于光电化学传感检测中,获得较理想光电响应,可用于实际水样中Pb2+的检测。（3）基于双重信号放大策略,提出一种DNA步行器信号放大的便携式血糖仪（Portable glucose meter,PGM）传感模式。以Fe3O4纳米磁珠（Fe3O4nano-magnetic beads,MB）为传感平台,利用葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase,GOx）和底链DNA（Substrate DNA,s DNA）修饰还原法制备的Au/PAMAM树枝分子,形成s DNA/GOx/Au/PAMAM复合物;基于碱基互补配对原则,s DNA/GOx/Au/PAMAM复合物被固载于捕获链DNA（c DNA）修饰的MB（MB/c DNA）上,而DNAzyme可与s DNA未碱基配对部分结合。当目标物存在时,Pb2+能特异性识别s DNA上裂解位点并剪切,释放DNAzyme和GOx/Au/PAMAM。前者继续与s DNA/GOx/Au/PAMAM复合物上下一个s DNA配对结合,继而开启新的识别-剪切-释放,循环往复形成DNA步行器,增加GOx/Au/PAMAM释放量实现信号放大。通过磁性分离取上清液（GOx/Au/PAMAM）氧化反应液中葡萄糖（Glucose,Glu）,用PGM监测Glu浓度值,从而间接检测目标物Pb2+浓度值。在最佳优化实验条件,体系PGM响应值与Pb2+浓度的对数呈反比,线性范围为1.00 pmol/L～1.00μmol/L,检出限为0.66pmol/L。
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