重金屬離子是環(huán)境中最危險的污染物之一,具有持久性和蓄積性。即使暴露于低濃度的重金屬離子污染物也會對人類造成一系列健康的影響,如神經(jīng)損傷、腦損傷、生殖與發(fā)育障礙等。鉛離子(Pb~(2+))和汞離子(Hg~(2+))作為兩種常見的重金屬污染物,在大氣、土壤和水環(huán)境中的含量監(jiān)測一直備受關(guān)注。目前關(guān)于Pb~(2+)和Hg~(2+)的檢測方法主要有原子吸收分光光度法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等,這些方法需要昂貴的設(shè)備和材料,須由專業(yè)技術(shù)人員對所測樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理(以消除其他的干擾物)后再分析鑒定。因此尋求快速簡便且具有高靈敏度的重金屬離子檢測方法,實現(xiàn)實時監(jiān)測是非常必要的。近年來電化學(xué)傳感器由于其靈敏度高、穩(wěn)定性好、操作簡便、成本低、在復(fù)雜環(huán)境中能進(jìn)行在線監(jiān)測等特點,為重金屬離子的檢測提供了新的研究思路。本文主要從如何實現(xiàn)Pb~(2+)和Hg~(2+)的特異性識別,以及如何實現(xiàn)高靈敏度的信號響應(yīng)兩方面來研究構(gòu)建新型電化學(xué)生物傳感器。研究內(nèi)容和結(jié)果主要分為以下兩部分:1.基于Pb~(2+)特異性的8-17 DNAzyme聯(lián)合鐵金屬有機框架與雙金屬鈀鉑納米復(fù)合材料的新技術(shù)用于Pb~(2+)的檢測研究本課題基于Pb~(2+)可以觸發(fā)8-17 DNAzyme的底物鏈(substrate strand)核酸裂解作為特異性識別Pb~(2+)的機制,結(jié)合鈀鉑雙金屬(PdPt NPs)修飾鐵金屬有機框架(Fe-MOFs)形成的納米復(fù)合材料(Fe-MOFs/PdPt NPs)作為信號標(biāo)簽,構(gòu)建的新型電化學(xué)生物傳感器用于Pb~(2+)的特異性檢測。首先將鏈霉親和素蛋白修飾的還原氧化石墨烯-四乙烯五胺-金納米顆粒(rGO-TEPA-Au)用作固定更多生物素標(biāo)記的DNAzyme的傳感器平臺。在Pb~(2+)存在下,引發(fā)了8-17 DNAzyme的催化活性,底物鏈(substrate strand)(用中文描述)在核糖核苷酸位點(rA)被特異性切割為兩部分,在傳感器界面上產(chǎn)生新的單鏈DNA。然后,將與單鏈DNA的序列互補的發(fā)夾DNA(Complementary DNA)修飾上Fe-MOF/PdPt NPs而形成信號探針,通過鏈?zhǔn)诫s交反應(yīng)固載到傳感器界面用于信號放大。Fe-MOFs/PdPt NPs催化過氧化氫(H_2O_2)產(chǎn)生優(yōu)異的電化學(xué)信號,可通過計時電流法檢測。受益于Pb~(2+)依賴性DNAzyme,所提出的方法可以在存在其他金屬離子的情況下特異性地檢測Pb~(2+)。新設(shè)計的生物傳感器表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,范圍為0.005至1000nmol L~(-1),Pb~(2+)的檢出限低至2 pM。這種基于Pb~(2+)的DNAzyme超靈敏生物傳感器具有高靈敏度和高特異性,為環(huán)境中污水里的Pb~(2+)檢測提供了潛在的應(yīng)用價值。2.基于T-Hg~(2+)-T特異性堿基對觸發(fā)雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(HCR)聯(lián)合金納米顆粒修飾的蒲公英狀氧化銅的新技術(shù)用于Hg~(2+)的檢測研究本課題基于特異性的胸腺嘧啶-Hg~(2+)-胸腺嘧啶(T-Hg~(2+)-T)堿基對制備了一種新型電化學(xué)生物傳感器,用于高靈敏度檢測汞離子Hg~(2+),并利用甲苯胺藍(lán)(TB)作為氧化還原指示劑與HCR結(jié)合用于信號放大。首先引入使用Au納米顆粒修飾的蒲公英狀CuO(D-CuO)微球(D-CuO/Au)作為傳感器界面修飾材料,可為結(jié)合硫醇化探針(P1)提供更多的活性位點。然后,Hg~(2+)的存在誘導(dǎo)P1與其他寡核苷酸(P2)通過Hg~(2+)介導(dǎo)的T-Hg~(2+)-T堿基對雜交。此外,P2的部分序列充當(dāng)引發(fā)序列,可將兩個發(fā)夾DNA(H1和H2)鏈通過HCR共同形成延伸的雙鏈DNA。TB用于與雙鏈DNA相互作用并嵌入DNA雙鏈中產(chǎn)生有效的電化學(xué)信號。實驗所提出的策略結(jié)合了HCR的擴增效應(yīng)和TB的固有氧化還原活性,并使用了D-CuO/Au復(fù)合物作為傳感器平臺,對Hg~(2+)測定具有高靈敏度。在最佳條件下,該傳感器對Hg~(2+)顯示出明顯的電化學(xué)信號響應(yīng),包括1 pM至100 nM的線性范圍和0.2 pM的檢測限。對環(huán)境水樣的痕量Hg~(2+)測定結(jié)果表明該新型傳感器具有較好的潛在應(yīng)用價值。綜上所述,本研究一方面采用親和素修飾的rGO-TEPA-Au作為傳感器平臺,利用親和素-生物素系統(tǒng)、Fe-MOFs/PdPt NPs有效放大信號以及8-17 DNAzyme實現(xiàn)了對Pb~(2+)的高靈敏、特異性檢測,另一方面利用D-CuO/Au作為傳感器界面修飾材料,聯(lián)合HCR的信號擴增效應(yīng)和TB的氧化還原特性獲得優(yōu)異的信號響應(yīng),以及T-Hg~(2+)-T特異性堿基對實現(xiàn)了對Hg~(2+)的快速精確檢測。兩種基于不同原理構(gòu)建的特異傳感器方法為環(huán)境中鉛離子和汞離子的痕量檢測提供了新的技術(shù)策略,也為其他重金屬污染離子的檢測探索研究提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：重慶醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X830
【部分圖文】：

1.1 （A）Fe-MOFs/PdPt NPs-HP 的制備過程 （B）電化學(xué)生物傳感器構(gòu)建策略的示意ig.1.1 (A) Preparation process of Fe-MOFs/PdPt NPs-HP. (B) Schematic representation of tproposed strategy for the biosensor1.7 電化學(xué)檢測過程在室溫下，將構(gòu)建好的傳感器置于 5 mL 磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）（pH 7.4）錄電化學(xué)檢測中的電流 i-t 曲線。初始電壓為 0.4V，在背景電流穩(wěn)定后，向溶加入 20μL H2O2（1.8mol L-1），記錄電流變化差值。2. 結(jié)果與討論2.1 納米材料的形態(tài)表征及驗證

重慶醫(yī)科大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖 1.2 場發(fā)射掃描電鏡圖：（A）rGO-TEPA （B）rGO-TEPA-Au（C）Fe-MIL-88 MOFs （DFe-MOFs/PdPt NPs MOFs；能量衍射光電子能譜圖：（E）rGO-TEPA（G）Fe-MOFs/PdPt NPMOFs；X 射線光電子能譜圖：（F）rGO-TEPA（H）Fe-MOFs/PdPt NPs MOFsFig. 1.2 FE-SEM images of rGO-TEPA (A), rGO-TEPA-Au (B), Fe-MIL-88 MOFs (C) andFe-MOFs/PdPt NPs (D). EDS images of rGO-TEPA-Au (E) and Fe-MOFs/PdPt NPs (G). ThXPS spectra of rGO-TEPA-Au (F) and Fe-MOFs/PdPt NPs (H)

XPS spectra of rGO-TEPA-Au (F) and Fe-MOFs/PdPt NPs (H)圖 1.3 透射掃描電鏡圖：A：rGO-TEPAB：rGO-TEPA-Au C：Fe-MIL-88 MOFs D：Fe-MOFs/PdPt NPs MOFsFig. 1.3 TEM images of rGO-TEPA (A), rGO-TEPA-Au (B), Fe-MIL-88 MOFs (C) andFe-MOFs/PdPt NPs (D).
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本文編號：2843243