[发明专利]基于DNA与重金属离子错配原理检测重金属离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重金属离子检测方法，具体涉及采用DNA错配的方法检测重金属离子。

背景技术

目前对重金属的测定方法主要以化学分析法为主，包括分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体光谱法、激光荧光法等。其中基于激光荧光法的重金属测定方法灵敏度非常高，但是在使用时需加入以磷酸盐为代表的荧光试剂，该试剂易于受多种重金属离子的影响发生沉淀，此外水体中的腐植酸的荧光也与重金属元素的荧光相似，极大的影响了使用的准确性。而电感耦合等离子体法（ICP)为代表的仪器分析方法尽管具有准确度、高灵敏度高、分析速度快、能同时检测多种微量元素的优点，但所用仪器价格昂贵、运行成本高、不易实现现场监测的目的；其余重金属检测方法存在操作繁琐、样本需预处理，难以满足现场检测快速、灵敏、准确的要求。

而利用物理方法，往往需要高温、高压等极限条件，而这极大限制了仪器的应用场合。因此，现有技术不能满足目前多行业、多领域中重金属离子浓度检测的需求。基于现代分子生物技术的生物传感器是检测环境、食品、医药以及其他领域中衡量重金属污染物浓度的一种新型技术。通常而言，生物传感器具有灵敏度高、体积小便于原位测量以及成本低等特点。文献（Highly selective oligonucleotide-based sensor for mercury (II) in aqueous solutons, <Angew. Chem. Int. Ed>, 2007年，第46 期，P4093-4096）等采用“turn-off”检测模式检测溶液中的Hg²⁺：在荧光探针的两边富集上碱基T，探针的中间为连接碱基C，寡核苷酸的两边分别修饰有荧光基团和淬灭基团和荧光基团，当出现Hg²⁺时，因形成T-Hg²⁺-T特殊性结构，荧光探针形成发卡结构，导致荧光淬灭，且荧光强度随着Hg²⁺浓度的增大逐渐降低。由于“turn-off”检测模式溶液出现假信号，因此，该方法在实际使用时不具有准确性。而文献（Improving fluorescent DNAzeyme biosensors by combining inter-and-interamolecular quenchers, <Anal. Chem.>, 2003年，第75 期，第23 刊，P6666-6672）报道了“turn-on”检测模式：在底物17DS的5′端用荧光进行标记，在酶链17E的3′端用对应的淬灭基团进行标记，当出现Pb²⁺时，底物分裂并释放出荧光基团，产生荧光信号，且荧光信号的强度与Pb²⁺的浓度成正比线性关系。此方法（一步法）虽然克服了假信号问题，但检测限较高，同时，由于T-Pb²⁺-T错配反应发生在光纤探头上，DNA中的碱基与重金属离子反应需要克服非常达的结构排斥作用才可以实现完全错配，所以需要非常长的时间，如几个小时，因此，也存在实用性问题。

发明内容

针对上述所提及的、基于DNA错配原理检测重金属离子的方法所存在检测限较高、灵敏度低以及检测时间长的问题，本发明设计一种灵敏、快速地检测重金属离子的检测方法。

本发明是将现有技术中的“一步法”改为“两步法”来完成的，即先在液相中完成错配反应后，再将反应液导入光纤探头上完成捕获反应液中荧光标记并检测荧光，完成检测。

本发明提供的方案是：一种基于DNA与重金属离子错配原理检测重金属离子的方法，包括DNA分子链和重金属离子的错配反应以及荧光检测，其中DNA分子链和重金属离子的错配反应包括，在光纤探头上黏附上DNA链，其特征是：包括如下步骤：

（a）在待用DNA链的末端修饰荧光标记；

（b）在光纤探头上黏附的DNA链的末端修饰可以捕获荧光标记的捕获剂；

（c）向待测的重金属离子溶液中添加在分子链末端修饰了荧光标记的DNA，使其与重金属离子发生错配反应，并使得荧光标记从DNA链上脱落，得到反应液；

（d）将上述反应液导入光纤探头上，反应液中脱落的荧光标记被光纤探头上的捕获剂捕获，发出荧光，并通过光纤将荧光传输到荧光检测仪上。