[发明专利]基于光电化学DNA生物传感器的铅离子测定方法

说明书

技术领域

本发明属于分析化学和光电化学传感技术领域，具体地说，涉及一种基于光电化学DNA生物传感器的铅离子测定方法。

背景技术

重金属是环境体系中一类重要的污染物，具有难降解、毒性强、生物累积性等特点，对生态系统及人类健康具有严重的危害，因此对重金属离子的快速、简单、灵敏检测具有重要意义。传统的重金属离子分析方法主要是采用原子荧光、原子发射光谱法、ICP-AES/MS等，这些方法具有操作复杂、仪器设备昂贵、检测费用高、难于实现在线分析等缺点。随着生物传感技术的发展，应用生物传感法对有毒重金属离子的检测已成为研究热点之一。与酶、微生物、免疫生物传感法相比，DNA生物传感法具有识别层稳定，特异性识别目标小分子，受环境干扰和限制少，且易于合成或再生以供重复利用等优点，诸多优势使电化学DNA传感器作为一种新型的检测技术用于环境监测领域。

铅离子作为“优先管理有害物质名单”上的重要金属离子，易对人体及环境产生毒害影响而备受人们关注。如今发展迅速的电化学、光电化学和光学传感技术，如基于荧光探针、金纳米粒子、DNA酶、半导体量子点和碳纳米管等生物传感方法，因具有操作简单、响应快速、分析成本低等优点，逐渐被广泛应用于Pb²⁺的检测。Li等在研究中发现，Pb²⁺可以和富含G碱基的DNA链发生作用生成Pb²⁺-DNA四联体结构，从而造成双链DNA的解链，在此基础上以锌卟啉为荧光探针，设计了荧光传感器，基于Pb²⁺引起DNA构型发生改变引起的荧光信号的变化，实现了对Pb²⁺的选择性检测。然而上述荧光方法仍然存在一定不足之处，如存在较高的背景信号干扰和较低的灵敏度等，因而在实际环境检测中受到多方面因素的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光电化学DNA生物传感器的铅离子测定方法。

为了实现本发明目的，本发明提供的基于光电化学DNA生物传感器的铅离子检测方法，利用Pb²⁺诱导ITO电极表面DNA构型发生变化，降低了DNA与Ru(bpy)₂(dppz)²⁺光电化学信号探针分子的作用，从而实现对Pb²⁺的检测。所述方法包括以下步骤：

1)ITO电极的制备：

将ITO玻璃电极依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇清洗，最后用超纯水清洗并于烘箱中烘干；将浓度1～20％的SnO₂纳米溶胶旋涂到ITO导电玻璃表面，待自然风干后，于50～450℃(优选150～450℃)马弗炉中煅烧0.5～5h，自然冷却后切割成0.5cm×3cm玻璃片(优选用玻璃刀切割)，得到修饰有SnO₂的ITO电极备用；

2)DNA溶液的配制：

将固体DNA样品用Tris-HClO₄缓冲液溶解，置于60-95℃(优选85℃)水浴锅中5～10min，然后自然冷却至室温，备用；

3)DNA修饰ITO电极的制备：

将0.1～5mg/ml的PDDA(聚二烯丙基二甲基氯化铵)溶液涂于步骤1)制备的修饰有SnO₂的ITO电极表面，在湿度恒定条件下孵育1～12h，然后用超纯水清洗(优选洗三次)，氮气吹干；将步骤2)配制的DNA溶液用Tris-HClO₄缓冲液稀释至2μM，取适量涂于上述处理电极表面，在湿度恒定条件下孵育2～8h，用超纯水清洗、氮气吹干，得到DNA修饰ITO电极备用；

4)Pb²⁺的光电化学检测：

将1～50μM Ru(bpy)₂(dppz)²⁺探针溶液滴于步骤3)制备的DNA修饰ITO电极表面，孵育0.5～6h，然后用超纯水清洗(优选洗三次)，氮气吹干；然后将上述处理的DNA修饰ITO电极置于5-50mM(优选20mM)草酸缓冲液的光电化学测定池中，以Ag/AgCl为参比电极，铂电极为对电极，形成三电极测定体系，连接电化学工作站，在473nm蓝色光照射下，进行循环伏安扫描，测定光电流强度；同理，将不同浓度的Pb²⁺溶液滴于步骤3)制备的DNA修饰ITO电极表面，孵育0.5～6h，连接电化学工作站进行循环伏安扫描，测定光电流强度，实现对Pb²⁺的测定。