[发明专利]一种基于镉的功能核酸的可视化传感器及其应用

说明书

本发明公开了金属离子检测技术领域的一种基于镉的功能核酸的可视化传感器及其应用。该传感器包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，所述分子识别元件包括镉离子脱氧核酶，镉离子脱氧核酶由底物链和酶链组成；所述信号放大元件包括等温扩增体系和氯高铁血红素，等温扩增体系包括扩增模板；所述信号转换元件包括显色剂。该可视化传感器基于镉离子脱氧核酶、等温指数放大反应和G‑四链体液相传感技术构建，具备简便快速、灵敏度高、特异性高、耐高盐以及成本低等优点，可用于环境中镉离子的现场检测。

技术领域

本发明属于金属离子检测技术领域，具体涉及一种基于镉的功能核酸的可视化传感器及其应用。

背景技术

镉是一种蓝白色的、重要的、过渡态重金属元素，有毒性，但由于其良好的柔韧性和抗氧化性，被广泛应用于工业生产中。20世纪60年代，镉中毒第一次在日本被报道，引起人们的高度重视。研究证明，镉可以通过呼吸道与消化道进入生物体，进入机体的镉可以对肝、肾、骨骼、脑和肺等一系列重要器官造成损害，也会引起神经、生殖和免疫等系统的损伤。

肝脏和肾脏是镉中毒最主要的靶器官，且镉对肝、肾的毒性呈现明显的时间-浓度依赖性。高浓度或者急性镉中毒主要造成肝损伤。镉的肝损伤主要是由于镉通过与肝脏抗氧化酶中的金属辅基发生竞争性替换，抑制这些酶的活性，造成肝脏自由基清除能力下降，细胞发生脂质过氧化反应和氧化应激。镉大量消耗肝细胞金属硫蛋白(Metallothionein,MT)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GSH-Px)等抗氧化蛋白、多肽，造成细胞氧自由基清除能力下降，细胞活性氧类(Reactive oxygen species,ROS)含量剧增，细胞经历氧化损伤，线粒体等细胞器结构和功能遭受破坏。低浓度或慢性镉中毒主要引起肾损伤。进入机体的镉一部分以Cd-MT结合态形式存在，Cd-MT很难被大多数器官吸收，但可以被近曲小管上皮细胞吸收。随血液到达肾脏的镉被肾小球滤过，后几乎全部被近曲小管上皮细胞重吸收。当肾镉含量超出细胞的镉螯合能力，肾小球功能会遭到严重破坏，机体出现多尿、高磷酸盐尿、氨基酸尿、糖尿和β2-微球蛋白低分子量蛋白尿等一系列症状。另外，镉对细胞具有强烈的毒性作用，短暂镉接触可以引起细胞凋亡、坏死；长期镉暴露则会诱导细胞癌变，导致肿瘤。

中国是世界上第一大镉储量和开发国，同时也是第一大镉消费国。近年来，伴随着人们对镉的进一步开发利用，环境镉污染越来越严重，关于人和动物镉中毒的报道也不断出现。镉中毒已经变为严重威胁人类健康的又一大隐患，因此，对于镉的检测与鉴定工作十分重要。

目前，重金属镉的检测方法主要有火焰原子吸收法、石墨炉原子吸收法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体质谱法以及阳极溶出伏安法等。具体来看，火焰原子吸收法操作简单、分析速度快、测定高浓度元素时干扰小、信号稳定。石墨炉原子吸收法灵敏、准确、选择性好，但在线检测方法基体干扰严重，不适合多种元素分析。电感耦合等离子体质谱法灵敏度高，选择性好，能同时分析多种元素，但价格昂贵度，易受污染。电感耦合等离子体质谱法简便、快速、灵敏仪器简单、价格低廉，容易普及，但干扰因素选择性较差。阳极溶出伏安法灵敏度高、分辨仪器价格低廉，可同时测定几种元素，但这些方法依赖于大型仪器和专人操作，在现场和野外检测中受到限制。以醚类、多胺类、环芳烃类等有机小分子为代表的化学传感方法也有一定的发展，但目前存在灵敏度低、可重复性差、检测需在有机溶剂中进行等不足之处，检测的可靠性和实用性不高。因此迫切需要发展无污染的、简便快速、高灵敏度和高特异性的方法来满足微量镉金属的检测需要。

发明内容

本发明为了解决现有技术中灵敏度低、操作复杂和成本高等技术问题，具体技术方案如下：

本发明提供一种基于镉的功能核酸的可视化传感器，包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，

所述分子识别元件包括镉离子脱氧核酶；所述镉离子脱氧核酶由底物链和酶链组成；