[发明专利]一种用于铅离子检测的电化学适配体传感器件的构建与分析应用

说明书

本发明公开了一种用于铅离子（Pb²⁺）检测的电化学适配体传感器件的构建与分析应用。以碳离子液体电极（CILE）为基底电极，通过电还原法在CILE表面形成一层还原氧化石墨烯（rGO）薄膜，进一步修饰羧基化多壁碳纳米管（COOH‑MWCNT）制得具有优良导电性和大比表面积的修饰电极。采用电沉积法于修饰电极表面形成一层金纳米粒子（AuNP），利用Au‑S键合力将巯基化适配体探针（Aptamer）自组装于电极表面，并以硫代乙醇酸封闭活性位点来消除非特异性吸附，得到用于检测Pb²⁺的电化学适配体传感器（Aptamer/Au/COOH‑MWCNT/rGO/CILE）。通过Pb²⁺诱导巯基化适配体探针形成G‑四链体构象便于电化学指示剂氯化血红素（Hemin）的嵌入，采用电化学方法检测Hemin的电信号，其电信号强弱与Pb²⁺浓度大小相关，从而实现对Pb²⁺的定量分析。

技术领域

本发明主要提出了一种用于铅离子检测的电化学适配体传感器件的构建与分析应用，属于纳米电化学和生物传感领域。

背景技术

重金属污染严重威胁人类健康和环境卫生，其中铅离子（Pb²⁺）能够引起神经毒素效应，对人体健康具有重大影响，尤其针对儿童和老年人能造成贫血、记忆力减退、烦躁不安和智力低下等病症。因此，实现高灵敏和高选择性检测Pb²⁺意义重大。一些现有的检测技术，如表面等离子体共振光谱法、石英晶体微量天平和荧光光谱等，尽管灵敏度很高，但这些分析技术既耗时、仪器昂贵、操作又复杂。电化学分析具有低成本、动态范围宽以及操作简单等优点，而电化学传感器因其响应速度快、灵敏度高、选择性好和可操作性强而受到广泛的关注。

适配体是指通过SELEX技术筛选出来的一段DNA或RNA序列，其能够与相应的靶标物进行高亲和力和强特异性的结合。与传统的生物传感器相比较而言，基于适配体的传感器件具有明显的优势，使得适配体传感技术成为一种极具发展前景的分析技术，在电化学及电分析化学领域得到广泛的应用。适配体在靶标物存在时能相应的折叠成稳定的三维结构，例如在Pb²⁺的诱导下，富含G碱基的适配体可以通过氢建作用形成G-四分体，随后通过π-π堆积作用进一步结合形成具有更高结构顺序的G-四链体（G4）。利用这种特性结合电化学测量方法可以构建出用于Pb²⁺检测的具有强特异性、高灵敏度的电化学适配体传感器。

随着纳米技术的进步，纳米材料的应用范围正在快速扩大与发展。为了构建更高灵敏度的电化学生物传感器，许多纳米材料也被用于传感界面的修饰，以提高生物识别元件在传感界面上的固定量，进一步提升对靶标物的识别能力。石墨烯（graphene，GR）是碳原子sp²杂化形成的碳质材料的基元结构，因为垂直于平面的共轭大π键的形成使得电子具有很强的活性。氧化石墨烯（graphene oxide，GO）是对石墨烯进行氧化处理使其表面富含含氧官能团，从而改善其亲水性、降低界面间的能量，但其导电性不佳，所以通常会对其进行还原处理得到还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）。碳纳米管（CNT）是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管。自1991年被Sumio Iijima发现以来，由于其表面活性高、电子传递快等电化学特性，在电催化和电分析化学方面得到了广泛的应用。为了进一步提高电化学性能，常常对碳纳米管进行功能化处理。羧基化多壁碳纳米管（COOH-MWCNT）是在碳纳米管的基础上引入了羧基官能团改善其分散性和溶解性。

本发明基于Pb²⁺诱导富含G碱基的DNA链变构形成G4构象并以氯化血红素（Hemin）作为嵌入G4结构中的电化学指示剂构筑了电化学适配体传感器。以碳离子液体电极（CILE）作为电化学转导基底，通过电还原法在CILE表面形成一层还原氧化石墨烯（rGO）薄膜，通过与COOH-MWCNT和AuNP协同修饰为Pb²⁺的高灵敏与高选择性检测提供一个具有大比表面积和优良电导率的传感平台，进而实现对Pb²⁺快速有效的定量分析。