[发明专利]一种基于石墨烯氧化物传感器及其对Hg2+检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯氧化物传感器及其对Hg²⁺检测的方法，具体涉及一种基于特异性的核酸序列结合石墨烯氧化物的传感器及其检测重金属Hg²⁺的方法，属于重金属检测技术领域。

背景技术

Hg²⁺是一种剧毒的重金属，在生物的体内不断积累，即使是低浓度的汞，长期接触也会引起严重的器官损伤。在过去的十年里，基于DNA构建的Hg²⁺检测传感器可以明显提高检测限，引起了广泛的研究兴趣，如有专家学者利用电化学生物传感器在水溶液中检测汞离子，氯化血红素作为氧化还原指示剂产生电化学信号，含有5个胸腺嘧啶（T-5）的短寡核苷酸链作为探针，通过Au-S键自组装在金电极上；加入汞（Hg²⁺），形成T-Hg²⁺-T结构，氯化血红素吸附在金电极表面产生电化学信号，用微分脉冲伏安法（DPV）对信号检测。也有相关研究者构建一种“开启”型传感器测定方法，G四联体有淬灭农历，T-Hg²⁺-T结构对Hg²⁺的结合能力。一个在5’-端标记的羧基荧光素（FAM），3’端附近是一个富G序列形成G-四链体结构代替传统的淬灭剂。加入Hg²⁺，序列折叠成发夹结构，使附近的FAM和G-四链体接触，荧光能量发生转移，荧光淬灭；碘的加入后，碘和Hg²⁺结合，FAM荧光恢复，该方法检测极限为30 nM。目前现有技术存在的问题是稳定性较差、操作繁琐、成本高、检测的特异性和灵敏性不高。

纳米颗粒对小分子物质有可观的吸附性，同时多数的颗粒对荧光会有不同程度的影响。石墨烯作为表面积大，物理、化学性能优异的新型纳米材料，一经发现就迅速被专业应用。它电子转移率高，对荧光基团影响十分明显，在生物传感器领域大显身手。用简单的方法对石墨烯氧化，修饰更多的含氧基团，衍生物GO成本比较低，众多的基团可以与单链DNA通过π－π效应，吸附在GO表面。设计一种含有多个胸腺嘧啶（T）的DNA序列，由于Hg²⁺能特异性结合两个T，使得单链DNA对折，形成发卡结构，这种构型的变化，使得DNA不再是单链，GO的吸附能力减弱，部分DNA逐渐远离GO表面，从而使标记在DNA上的荧光恢复发光。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种基于多T核苷酸的DNA传感器及其对重金属Hg²⁺的检测方法，多T可以被Hg²⁺特异性识别并发生连接作用，从而高灵敏、快速、低成本对汞离子进行检测。

一种基于多T核苷酸的传感器，按照以下方法制备：

（1）制备GO水溶液：通过改良的Hummers法大批量制备GO，将GO真空干燥备用，使用前，在水溶液中超声分散，使之均匀分散在水中；

（2）合成特异性的核酸序列：5’-TTT GCT TGT TGC GCT TCT TGC TTT -3’。

（3）对核酸序列进行荧光标记：利用SYBI Green I可以与单链DNA结合，使得自身荧光信号放大，且对双链的吸附效果优于单链；

（4）荧光淬灭：将核酸序列加入到GO水溶液中，制备基于多T序列的检测汞的GO-DNA传感器；GO能够对核酸序列发生吸附作用；其中核酸序列的浓度为50 nM；GO的浓度为10 µg/mL；

（5）Hg²⁺的检测：加入Hg²⁺，核酸序列上多个T被Hg²⁺连接，构成T-Hg²⁺-T，单链DNA因此形成双链结构，又因GO对变化后的DNA吸附能力减弱而远离，Green I的荧光恢复。

本发明的方法中，优先选择采用EDC和NHS混合对GO处理，活化表面的羧基基团，活化后，羧基可以与氨基相互作用，形成化学键，更加牢固的固定DNA。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

（1）本发明的检测成本低、灵敏性高：GO制备方法成熟，实验室条件易于获得，方法简单、成本低，无需复杂步骤和昂贵的仪器，对Hg²⁺检测具有快速，特异性、高灵敏性。

（2）本发明采用Green I插入DNA作为荧光信号，属于无标记，与传统带有荧光标记（如FAM）的DNA不同。

（3）采用固定化DNA检测Hg²⁺，减少实验误差，提高检测的准确性：