[发明专利]基于纳米通道限域效应的汞离子电化学传感器及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于纳米通道限域效应的汞离子电化学传感器，将DNA分子修饰在纳米多孔氧化铝膜中的纳米通道内，利用Hg²⁺和DNA分子内的T碱基分子的特殊配位反应(T-Hg²⁺-T)，对水溶液体系中的Hg²⁺经行特异性识别，并通过电化学工作站监测探针离子Fe(CN)₆^3-在纳米通道中的流量变化对Hg²⁺进行检测。

背景技术

汞是一种水体中普遍存在的污染物，它存在于各种不同的形式，最常见的有机来源的汞，甲基汞，可在人体内积累通过食物链，造成严重的永久性与急性和慢性毒性脑损伤。溶剂化离子汞(Hg²⁺)，其中汞的最稳定的无机形式，是一种腐蚀性高的细胞毒性和致癌物质。汞离子污染对人与环境的影响很大，因为它不能被降解，汞离子和其化合物还可以通过皮肤被吸收，蓄积在人体中，对人体含有S原子的配合基显现出了很强的亲和力，与体内的蛋白质和酶中巯基(-SH)等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体组织器官中累积，进而严重损害肝脏、肾脏、中枢神经系统、免疫系统和内分泌系统，从而对人体健康造成严重威胁。汞能够在海洋生物体内累积，通过食物链转移到人体内，最典型的例子就是在日本发生的大规模慢性汞中毒的水俣病。

溶解态Hg²⁺往往具有较高的化学活性，是排入天然水体中汞污染物的主要存在形式，其化合物具有较高的水溶性，也是各种汞形态转化的枢纽，因此，水环境体系中汞的分析测定是人们十分关注的课题。Hg²⁺的检测方法有很多，传统常规的检测方法有：分光光度法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法以及原子荧光光谱法等。以上这些方法不仅需要大型精密且昂贵仪器的支持，也需要检测人员熟练操作技术的辅助，才能够得到精确可靠的检测结果。上述方法的具备较高的准确度，但检测选择性不高且容易受干扰，样品检测前需要进行长时间且复杂的前处理操作，这样的检测成本很高，也不适用于户外现场检测使用，存在检测耗时长,分析步骤复杂，分析仪器昂贵，采样频率低以及样品不易保存等缺点。本发明基于极为特殊的配位反应，胸腺嘧啶(T碱基)与Hg²⁺之间的T-Hg²⁺-T错配行为，利用DNA与Hg²⁺的特异性作用，通过检测两端标记DNA探针结合Hg²⁺前后产生的电流变化实现水溶液中Hg²⁺的检测。此方法对目标金属离子具有极高的选择性，可排除实际样品体系中大多数杂质离子的干扰，检测限可达1pmol/L。

发明内容

本发明涉及基于纳米通道的限域空间内的电化学传感器，其用于检测水溶液体系中重金属Hg²⁺。在本发明构建的水溶液体系Hg²⁺电化学检测系统中，通过对Fe(CN)₆^3-离子传输流量的检测，可以间接考察纳米通道中Hg²⁺与DNA分子的特异性识别所引起的空间位阻效应(Steric hindrance effect)和静电屏蔽效应(Electrostatic shielding)。将与Hg²⁺特异性结合的DNA序列修饰在孔径为20纳米的多孔氧化铝膜的通道内表面上，然后在PAA膜修饰了适配体的一面用真空离子溅射仪镀上纯金薄膜制作成多孔氧化铝膜电极；再结合自制的电解池通过电化学工作站对水体中Hg²⁺离子进行检测。

本发明涉及基于纳米通道的限域空间内的电化学传感器，其用于检测水溶液体系中重金属Hg²⁺。具体地，涉及以下几个方面：1.检测条件的选择；2.金属Hg²⁺离子的检测；和3.DNA适配体的选择性。