[发明专利]一种基于熵驱动的纳米机器同时检测二价铜离子和镁离子的方法

说明书

本发明提供了一种基于熵驱动的纳米机器，是一种用于同时检测二价铜离子和镁离子的超灵敏的双重DNA镊子。双重DNA酶可同时响应两种金属离子并产生两个DNA片段。释放的DNA片段可以触发三维DNA纳米机器的熵驱动扩增。最后，双DNA镊子可以通过熵驱动扩增产生的序列打开，并恢复两种荧光信号。二价铜离子的检出限为10 pM，镁离子的检出限为2 nM。该方法还显示出良好的选择性和特异性。它已成功用于同时检测人血清中的二价铜离子和镁离子。

技术领域

本发明涉及金属离子的检测领域，特别是基于DNA纳米机器的二价铜离子和镁离子检测方法领域。

背景技术

金属离子不仅可以维持生物分子的结构，而且可以广泛参与各种生命过程，并在许多生物系统中发挥重要作用，例如物质运输，信息传递，能量转换和生物催化。许多研究表明，破坏金属离子稳态是许多疾病的标志，包括阿尔茨海默氏病，帕金森氏病，枕角综合征和威尔逊氏病。对金属离子的稳态，运输和调控的研究对于理解其在这些疾病的病因，进展，诊断和治疗中的功能和作用具有重要意义。在过去的十年中，建立了一些用于测定金属离子的分析技术，例如原子吸收光谱法，电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。尽管这些技术准确可靠，但它们的测量需要复杂的预处理和昂贵的设备。因此，开发一种同时获取多种金属离子的分布和浓度信息的方法对于理解其在疾病原因中的功能和开发新疗法特别重要。

典型的DNA酶由两条链组成：底物链和酶链，具有两个双链体部分和一个催化核心。金属离子可以特异性和牢固地结合在催化核心上，然后导致底物链断裂。DNA酶由于其出色的可编程性而备受关注。因此，各种传感机制已与DNA酶结合用于金属离子检测，包括荧光，比色法，电化学和表面增强拉曼散射。由于这些独特的优势，已通过SELEX(通过指数富集的配体系统进化)程序分离了一系列离子特异性DNA酶，例如二价铜离子，镁离子，Pb²⁺，Zn²⁺，Hg²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Mn²⁺和UO2²⁺特异性DNA酶。尽管在该领域已经取得了进步，但是灵敏度仍然无法与基于仪器的方法相提并论。为了大大提高灵敏度，一些基于核酸酶和无酶的扩增方法已用于检测信号扩增。这些方法大多数是由碱基对形成的自由能驱动的，这可能会导致较高的背景和假阳性结果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于熵驱动的纳米机器同时检测二价铜离子和镁离子的方法。

本发明包括如下步骤：

一种基于熵驱动的纳米机器同时检测二价铜离子和镁离子的方法，包括如下4个步骤：

1)双重DNA酶的制备，使DNA序列E1，E2形成双重DNA酶结构，其中，E1序列(5’至3’)为TCAGATTCCGAGCATTCTCTCTrAGGACAAAAGGTAAGCCTGGGCCTCTTTCTTTTTAAGAAAGAAC，E2序列(5’至3’)为GCGAAAGCTTCTTTCTAATACGGCTTACCTTTTGTCAGCGATCCGGAACGGCACCCATGTGAGAGAA；

2)三维DNA纳米机器的制备，将序列Q1，P1，R1，Q2，P2和R2杂交，然后，加入20nM金纳米颗粒，孵育12小时以形成三维DNA纳米机器，其中，Q1序列(5’至3’)为CGTATTAGAAAGAAGCTTTCGCAGGGGTGAAACCCATCCCG-SH，P1序列(5’至3’)为CCACATACATCATATTCCCTGCGAAAGCTTCTTTCT，R1序列(5’至3’)为TAGCGGGATGGGTTTCAC，Q2序列(5’至3’)为AGAGAGAATGCTCGGAATCTGATGATGTGACAGCTATCGCG-SH，P2序列(5’至3’)为TGACTGACATGATGTAATCATCAGATTCCGAGCATT，R2序列(5’至3’)为CTGCGCGATAGCTGTCAC；