[发明专利]一种光微流微泡腔铅离子传感器的实现装置及方法

说明书

本发明公开一种光微流微泡腔铅离子传感器的实现装置及方法，装置包括微泡腔、微流泵、分析物容器和依序连接的可调谐激光控制器、可调谐激光器、衰减片、偏振片、熔锥光纤、数据采集卡和计算机，且计算机与数据采集卡和可调谐激光控制器信号连接；该方法通过在微泡腔内壁修饰GR‑5 DNA酶，实现高灵敏度、高特异性的铅离子检测。该实现装置及方法操作简单灵活，易于实现，价格低廉。

技术领域

本发明涉及光微流微泡腔传感器实现技术领域，具体涉及一种光微流微泡腔铅离子传感器的实现装置及方法。

背景技术

铅是人类最早使用的金属之一也是一种毒性较强的重金属，在地壳中以稳定的硫化铅（即方铅矿）化合物的形式存在，含量仅占 0.0016%。早在 5000 年前，人们就能从矿石中熔炼铅了，但那时候铅的用量及开采都极少。随着现代工业的迅速发展，铅污染迅速加重，威胁着人类健康和自然环境。我们日常接触到的汽车尾气、家装材料、儿童玩具、爆米花以及化妆品等物品中都含有铅。铅进入环境后不易被生物降解，通过生物链不断富集，最终可引起人体机能损害，如肌无力、神志不清、失忆及昏厥，甚至危及生命，尤其是儿童。儿童的神经系统对铅很敏感，即使他们处于较低浓度的含铅环境，也可能造成其神经系统严重不可逆的损伤。铅可以通过多种途径排放到环境中，从铅矿的开采、运输到应用使得铅污染范围甚广，从我们呼吸的空气到行走的土地再到饮用的水源都加大了铅对人类健康威胁的风险，其中铅离子是铅污染存在的重要形式之一。对铅离子含量实行准确、高效的监测，尤其是对水环境的监测，以防治铅离子污染的进一步加重，减少人们的铅暴露是防治铅污染工作极为重要的步骤。因此，对饮用水中铅离子度，各国及各环保组织都做出了相关规定，其中我国的标准是不超过 48 nmol/L，美国环境保护署规定的最大浓度是 72 nmol/L。

用于铅离子检测的传统方法主要包括光谱、质谱等方法。这些分析方法具有很高的灵敏度，但是需要庞大昂贵的检测仪器，复杂耗时的预处理程序，并且需要专业人员操作。这些缺陷使得在待测分析样品日趋增多的今天，单单依靠这些传统的分析方法不能满足当今的需求。为此，分析工作者们做出了众多努力，一方面，将传统的分析方法和其他技术以及新材料相结合以提高检测效率；另一方面，研究者们开发了一些快速检测的新技术，其中生物传感器由于具有简单、快速、灵敏等优势而被广泛关注。脱氧核酶（DNAzyme）是体外分子进化技术合成的一种功能性核酸，具有识别目标分子以及催化反应的功能，相比于RNA，由于缺少呋喃糖环 2-OH 而具有更高的稳定性。脱氧核酶具有催化多种反应的能力，比如 DNA 的连接与水解、DNA及 RNA 剪切等。具有 RNA 剪切催化功能的脱氧核酶多数需特定金属离子作为辅因子，因此在重金属离子的检测工作中备受关注。在辅因子存在的情况下，脱氧核酶发挥其 RNA 剪切的催化活性，将基底链从断裂位点（rA）上剪切开。脱氧核酶与其他酶相比较而言具有简单易合成以及稳定易保存等优点。GR-5 DNAzyme 也是一种RNA 剪切型 DNAzyme，它是 1994 年 Breaker 和 Joyce 等人通过体外分子进化技术得到了的第一个 DNAzyme，相较于 8-17 DNAzyme 而言，GR-5 DNAzyme 对 铅离子则具有更高的特异性，因而近来常被用于与荧光、电化学方法相结合开发用于检测铅离子的传感器。回音壁模式（whispering gallery mode，WGM）光微流微泡腔传感器因为具有较高的品质因子（Q）和较小的模式体积（V），因而能够实现较低的探测极限。此外，光微流微泡腔传感器制备简便，价格低廉，且天然具有微流通道等优点，因而非常适合微量生化样品的检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光微流微泡腔铅离子传感器的实现装置及方法，使得铅离子检测过程具有较高的灵敏度和特异性，且检测过程操作更加简洁。