專利名稱：高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，屬于分析檢測(cè)技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬離子污染，如汞、鉛、銅、錳、鎘、鉻等對(duì)人體健康和環(huán)境的可 持續(xù)性發(fā)展有著極大的危害，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子的在場(chǎng)、實(shí)時(shí)、靈敏 的監(jiān)測(cè)，具有十分重大的意義。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，如色譜法、原子吸收光 譜法等分析測(cè)試手段都是通過現(xiàn)場(chǎng)取樣，然后回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，不能做 到對(duì)樣品(如水體、食品、飲料等)的實(shí)時(shí)、有效的監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高靈敏檢測(cè)痕量 金屬離子的方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，通過DNA技術(shù)改變貴重金屬表面
和熒光體之間的距離，引起熒光體熒光強(qiáng)度的顯著改變，從而達(dá)到對(duì)痕量 金屬離子的高靈敏檢測(cè)，具體包括以下步驟——
① 對(duì)貴重金屬表面利用單鏈DNA探針進(jìn)行修飾；
② 對(duì)熒光體利用單鏈DNA探針進(jìn)行修飾；
③ 設(shè)計(jì)合成一條與上述兩條探針互補(bǔ)的DNA單鏈作為底物鏈，其長(zhǎng) 度大于貴重金屬表面和熒光體的DNA探針序列的加和，通過這條DNA探 針將步驟①的貴重金屬和步驟②的熒光體連接起來；且底物鏈中間部分的
4DNA單鏈中含有一個(gè)RNA堿基；
④ 通過生物系統(tǒng)進(jìn)化或體外篩選得到對(duì)不同金屬具有特異活性的
DNA酶，其序列與其底物鏈互補(bǔ)配對(duì)，不同DNA酶構(gòu)建的檢測(cè)系統(tǒng)分別 檢測(cè)不同的金屬離子；
⑤ 加入檢測(cè)樣品，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的樣品中沒有目標(biāo)金屬離子時(shí)，貴重金屬 將對(duì)熒光體的熒光產(chǎn)生淬滅效應(yīng)，得到的熒光強(qiáng)度非常弱；當(dāng)被監(jiān)測(cè)的樣 品中含有與DNA酶特異性結(jié)合的金屬離子時(shí)，DNA酶的底物鏈發(fā)生斷裂， 引起貴重金屬表面和熒光體之間的分離，貴重金屬對(duì)熒光體熒光的淬滅效 應(yīng)消失，讀出的熒光體的熒光強(qiáng)度成數(shù)量級(jí)增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量金屬離 子的高靈敏監(jiān)測(cè)；可以選用不同熒光的熒光體結(jié)合不同的DNA酶，同時(shí) 實(shí)現(xiàn)對(duì)不同金屬離子的高靈敏檢測(cè)。
進(jìn)一步地，上述的高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，步驟①的貴重金 屬采用金納米顆粒、或銀納米顆粒、或金薄膜、或銀薄膜。
更進(jìn)一步地，上述的高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，步驟②的熒光 體采用CdSe量子點(diǎn)、或CdS量子點(diǎn)、或CdTe量子點(diǎn)、或CdSe/ZnS量子 點(diǎn)、或CdSe/CdS量子點(diǎn)、或CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)、或CdTe/CdS量子點(diǎn)、 或者各種有機(jī)熒光分子，包括并不局限于吲哚類菁染料、花青染料等。
本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在 通過DNA技術(shù)改變貴重金屬表面和熒光體之間的距離，引起熒光體 熒光強(qiáng)度的顯著改變，從而達(dá)到對(duì)痕量金屬離子的高靈敏檢測(cè)。由于不同 熒光體的熒光光譜不同，因而可選用不同熒光的熒光體結(jié)合不同的DNA 酶，同時(shí)可對(duì)不同金屬離子的高靈敏檢測(cè)；最終實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的有效、實(shí)時(shí)、 大范圍監(jiān)測(cè)。通過微機(jī)電系統(tǒng)的集成，可以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案應(yīng)用的芯片化， 進(jìn)而為用戶提供一種便攜式、網(wǎng)絡(luò)化、高通量、高靈敏的金屬離子監(jiān)測(cè)芯 片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過DNA技術(shù)改變貴重金屬表面和熒光體之間的距離，引起 熒光體熒光強(qiáng)度的顯著改變，從而達(dá)到對(duì)痕量金屬離子的高靈敏檢測(cè)。
高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，詳細(xì)過程是l)利用單鏈DNA探 針修飾貴重金屬表面；2)利用單鏈DNA探針修飾熒光體；3)設(shè)計(jì)合成 一條中間插有RNA堿基的DNA單鏈，作為DNA酶的底物鏈，其長(zhǎng)度大 于貴重金屬表面和熒光體的DNA探針序列的加和，通過所述底物鏈將步 驟l)的貴重金屬和步驟2)的熒光體耦聯(lián)起來，其中間部分以DNA單鏈 形式存在；4)通過生物系統(tǒng)進(jìn)化或體外篩選得到對(duì)不同金屬具有特異活 性的DNA酶，其序列與其底物鏈互補(bǔ)配對(duì)，不同DNA酶構(gòu)建的檢測(cè)系統(tǒng) 分別檢測(cè)不同的金屬離子；5)加入檢測(cè)樣品，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的樣品中沒有目 標(biāo)金屬離子時(shí)，貴重金屬將對(duì)熒光體的熒光產(chǎn)生淬滅效應(yīng)，得到的熒光強(qiáng) 度非常弱；當(dāng)被監(jiān)測(cè)的樣品中含有與DNA酶特異性結(jié)合的金屬離子時(shí)， DNA酶的底物鏈發(fā)生斷裂，引起貴重金屬表面和熒光體之間的分離，貴重 金屬對(duì)熒光體熒光的淬滅效應(yīng)消失，讀出的熒光體的熒光強(qiáng)度成數(shù)量級(jí)增 強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中不同金屬離子的高靈敏檢測(cè)。
其中，步驟l)貴重金屬采用金納米顆粒、或銀納米顆粒、或金薄膜、 或銀薄膜。步驟2)量子點(diǎn)采用CdSe量子點(diǎn)、或CdS量子點(diǎn)、或CdTe量 子點(diǎn)、或CdSe/ZnS量子點(diǎn)、或CdSe/CdS量子點(diǎn)、或CdSe/CdS/ZnS量子 點(diǎn)、或CdTe/CdS量子點(diǎn)、或者各種有機(jī)熒光分子，包括并不局限于吲哚 類菁染料、花青染料等。
步驟5)中加入檢測(cè)樣品后，當(dāng)被監(jiān)測(cè)樣品中含有與DNA酶特異性結(jié) 合的金屬離子時(shí)，DNA酶的底物鏈在RNA堿基處發(fā)生斷裂，引起熒光體 的熒光強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中金屬離子的高靈敏檢測(cè)。步驟5)中可 加入不同底物鏈連接的不同熒光的熒光體，當(dāng)加入的樣品中含有不同的金 屬離子時(shí)，會(huì)同時(shí)引發(fā)不同熒光體的熒光強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同金屬離子的多通道檢測(cè)。 實(shí)施例l:
將0.5 mL DNA探針修飾的30nm的金納米粒子和0.5 mL DNA探針修 飾的綠色熒光的量子點(diǎn)在1.5mL的離心管中混合后，加入10 |aL濃度為10
的底物DNA和20 濃度為10 (iM的Hg"的DNA酶。通過1小時(shí) 從55。C淬火到室溫后，測(cè)量量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。然后加入含有Hg^的樣 品，30分鐘后對(duì)樣品的熒光強(qiáng)度再進(jìn)行測(cè)量，得到Hg^檢測(cè)后的熒光強(qiáng)度。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得到樣品中H^+的濃度。
實(shí)施例2:
將0.5 mL DNA探針修飾的30nm的金納米粒子和0.5 mL DNA探針修 飾的紅色熒光的量子點(diǎn)在1.5mL的離心管中混合后，加入10 (iL濃度為10
的底物DNA和20 |iL濃度為10 pM的Pt^+的DNA酶。通過1小時(shí) 從55 。C淬火到室溫后，測(cè)量量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。然后加入含有Pb》的樣 品，30分鐘后對(duì)樣品的熒光強(qiáng)度再進(jìn)行測(cè)量，得到Pb^檢測(cè)后的熒光強(qiáng)度。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得到樣品中Pb^的濃度。
實(shí)施例3:
將0.5 mL DNA探針修飾的30nm的金納米粒子和0.5 mL噴哚類菁染 料修飾的DNA探針在1.5mL的離心管中混合后，加入10 fxL濃度為10 |aM 的底物DNA和20 ^iL濃度為10 )iM的Cu"的DNA酶。通過1小時(shí)從55 。C淬火到室溫后，測(cè)量吲哚類菁染料的熒光強(qiáng)度。然后加入含有Ci^+的樣 品，30分鐘后對(duì)樣品的熒光強(qiáng)度再進(jìn)行測(cè)量，得到OZ+檢測(cè)后的熒光強(qiáng)度。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得到樣品中C^+的濃度。
實(shí)施例4:
將0.5 mL DNA探針修飾的30nm的金納米粒子和0.5 mL DNA探針修
7飾的黃色熒光的量子點(diǎn)在1.5mL的離心管中混合后，加入10 pL濃度為10 (iM的底物DNA和20 (iL濃度為10 的C(f+的DNA酶。通過1小時(shí) 從55。C淬火到室溫后，測(cè)量量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。然后加入含有Cc^+的樣 品，30分鐘后對(duì)樣品的熒光強(qiáng)度再進(jìn)行測(cè)量，得到CcP+檢測(cè)后的熒光強(qiáng)度。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得到樣品中Cd^的濃度。
綜上所述，本發(fā)明利用DNA納米技術(shù)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)金屬離子的 特異性識(shí)別，改變讀出光信號(hào)的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的有效、實(shí)時(shí)、大范圍 監(jiān)測(cè)。通過微機(jī)電系統(tǒng)的集成，可以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案應(yīng)用的芯片化，進(jìn)而 為用戶提供一種便攜式、網(wǎng)絡(luò)化、高通量、高靈敏的金屬離子監(jiān)測(cè)芯片。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限 制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利 保護(hù)范圍之內(nèi)。
8
權(quán)利要求
1. 高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，其特征在于具體包括以下步驟——①利用單鏈DNA探針修飾貴重金屬表面；②利用單鏈DNA探針修飾熒光體；③設(shè)計(jì)合成一條中間插有RNA堿基的DNA單鏈，作為DNA酶的底物鏈，其長(zhǎng)度大于貴重金屬表面和熒光體的DNA探針序列的加和，通過所述底物鏈將步驟①的貴重金屬和步驟②的熒光體耦聯(lián)起來，其中間部分以DNA單鏈形式存在；④通過生物系統(tǒng)進(jìn)化或體外篩選得到對(duì)不同金屬具有特異活性的DNA酶，其序列與其底物鏈互補(bǔ)配對(duì)，不同DNA酶構(gòu)建的檢測(cè)系統(tǒng)分別檢測(cè)不同的金屬離子；⑤加入檢測(cè)樣品，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的樣品中沒有目標(biāo)金屬離子時(shí)，貴重金屬將對(duì)熒光體的熒光產(chǎn)生淬滅效應(yīng)，得到的熒光強(qiáng)度非常弱；當(dāng)被監(jiān)測(cè)的樣品中含有與DNA酶特異性結(jié)合的金屬離子時(shí)，DNA酶的底物鏈發(fā)生斷裂，引起貴重金屬表面和熒光體之間的分離，貴重金屬對(duì)熒光體熒光的淬滅效應(yīng)消失，讀出的熒光體的熒光強(qiáng)度成數(shù)量級(jí)增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中不同金屬離子的高靈敏檢測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，其特征 在于步驟①的貴重金屬采用金納米顆粒、或銀納米顆粒、或金薄膜、或 銀薄膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，其特征 在于步驟②的熒光體采用CdSe量子點(diǎn)、或CdS量子點(diǎn)、或CdTe量子 點(diǎn)、或CdSe/ZnS量子點(diǎn)、或CdSe/CdS量子點(diǎn)、或CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)、 或CdTe/CdS量子點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，其特征 在于歩驟⑤中加入不同底物鏈連接的不同熒光的熒光體，樣品中含有不 同的金屬離子時(shí)，同時(shí)引發(fā)不同熒光體的熒光強(qiáng)度的變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)不 同金屬離子的多通道高靈敏檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及高靈敏檢測(cè)痕量金屬離子的方法，其工藝先利用單鏈DNA探針修飾貴重金屬表面，利用單鏈DNA探針修飾量子點(diǎn)表面；再設(shè)計(jì)一條中間插有一個(gè)RNA堿基的單鏈DNA作為底物鏈，將貴重金屬和熒光體耦聯(lián)起來；通過生物系統(tǒng)進(jìn)化或體外篩選得到對(duì)不同金屬具有特異活性的DNA酶；當(dāng)被監(jiān)測(cè)目標(biāo)中沒有目標(biāo)重金屬離子時(shí)，貴重金屬將對(duì)熒光體的熒光產(chǎn)生淬滅效應(yīng)，此時(shí)得到的熒光強(qiáng)度非常弱；當(dāng)被監(jiān)測(cè)目標(biāo)中含有與DNA酶特異性結(jié)合的重金屬離子時(shí)，DNA酶的底物鏈在RNA堿基處會(huì)斷裂，引起貴重金屬表面和熒光體之間的分離，貴重金屬對(duì)熒光體熒光的淬滅效應(yīng)消失，讀出的熒光體的熒光強(qiáng)度成數(shù)量級(jí)增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量金屬離子的高靈敏監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101482508SQ20091002909
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者王強(qiáng)斌 申請(qǐng)人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所