[發明專利]一種基于鎘的功能核酸的可視化傳感器及其應用

有效

• 申請號: 201711022150.2
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107966436B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 許文濤;羅云波;黃昆侖;田晶晶;肖冰;杜再慧;董凱
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C12Q1/6844
• 分類號: C12Q1/6844
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明公開了金屬離子檢測技術領域的一種基于鎘的功能核酸的可視化傳感器及其應用。該傳感器包括分子識別元件、信號放大元件和信號轉換元件，所述分子識別元件包括鎘離子脫氧核酶，鎘離子脫氧核酶由底物鏈和酶鏈組成；所述信號放大元件包括等溫擴增體系和氯高鐵血紅素，等溫擴增體系包括擴增模板；所述信號轉換元件包括顯色劑。該可視化傳感器基于鎘離子脫氧核酶、等溫指數放大反應和G?四鏈體液相傳感技術構建，具備簡便快速、靈敏度高、特異性高、耐高鹽以及成本低等優點，可用于環境中鎘離子的現場檢測。

技術領域

本發明屬于金屬離子檢測技術領域，具體涉及一種基于鎘的功能核酸的可視化傳感器及其應用。

背景技術

鎘是一種藍白色的、重要的、過渡態重金屬元素，有毒性，但由于其良好的柔韌性和抗氧化性，被廣泛應用于工業生產中。20世紀60年代，鎘中毒第一次在日本被報道，引起人們的高度重視。研究證明，鎘可以通過呼吸道與消化道進入生物體，進入機體的鎘可以對肝、腎、骨骼、腦和肺等一系列重要器官造成損害，也會引起神經、生殖和免疫等系統的損傷。

肝臟和腎臟是鎘中毒最主要的靶器官，且鎘對肝、腎的毒性呈現明顯的時間-濃度依賴性。高濃度或者急性鎘中毒主要造成肝損傷。鎘的肝損傷主要是由于鎘通過與肝臟抗氧化酶中的金屬輔基發生競爭性替換，抑制這些酶的活性，造成肝臟自由基清除能力下降，細胞發生脂質過氧化反應和氧化應激。鎘大量消耗肝細胞金屬硫蛋白(Metallothionein,MT)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、過氧化氫酶(Catalase,CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase,GSH-Px)等抗氧化蛋白、多肽，造成細胞氧自由基清除能力下降，細胞活性氧類(Reactive oxygen species,ROS)含量劇增，細胞經歷氧化損傷，線粒體等細胞器結構和功能遭受破壞。低濃度或慢性鎘中毒主要引起腎損傷。進入機體的鎘一部分以Cd-MT結合態形式存在，Cd-MT很難被大多數器官吸收，但可以被近曲小管上皮細胞吸收。隨血液到達腎臟的鎘被腎小球濾過，后幾乎全部被近曲小管上皮細胞重吸收。當腎鎘含量超出細胞的鎘螯合能力，腎小球功能會遭到嚴重破壞，機體出現多尿、高磷酸鹽尿、氨基酸尿、糖尿和β2-微球蛋白低分子量蛋白尿等一系列癥狀。另外，鎘對細胞具有強烈的毒性作用，短暫鎘接觸可以引起細胞凋亡、壞死；長期鎘暴露則會誘導細胞癌變，導致腫瘤。

中國是世界上第一大鎘儲量和開發國，同時也是第一大鎘消費國。近年來，伴隨著人們對鎘的進一步開發利用，環境鎘污染越來越嚴重，關于人和動物鎘中毒的報道也不斷出現。鎘中毒已經變為嚴重威脅人類健康的又一大隱患，因此，對于鎘的檢測與鑒定工作十分重要。

目前，重金屬鎘的檢測方法主要有火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法、電感耦合等離子體質譜法、電感耦合等離子體質譜法以及陽極溶出伏安法等。具體來看，火焰原子吸收法操作簡單、分析速度快、測定高濃度元素時干擾小、信號穩定。石墨爐原子吸收法靈敏、準確、選擇性好，但在線檢測方法基體干擾嚴重，不適合多種元素分析。電感耦合等離子體質譜法靈敏度高，選擇性好，能同時分析多種元素，但價格昂貴度，易受污染。電感耦合等離子體質譜法簡便、快速、靈敏儀器簡單、價格低廉，容易普及，但干擾因素選擇性較差。陽極溶出伏安法靈敏度高、分辨儀器價格低廉，可同時測定幾種元素，但這些方法依賴于大型儀器和專人操作，在現場和野外檢測中受到限制。以醚類、多胺類、環芳烴類等有機小分子為代表的化學傳感方法也有一定的發展，但目前存在靈敏度低、可重復性差、檢測需在有機溶劑中進行等不足之處，檢測的可靠性和實用性不高。因此迫切需要發展無污染的、簡便快速、高靈敏度和高特異性的方法來滿足微量鎘金屬的檢測需要。

發明內容

本發明為了解決現有技術中靈敏度低、操作復雜和成本高等技術問題，具體技術方案如下：

本發明提供一種基于鎘的功能核酸的可視化傳感器，包括分子識別元件、信號放大元件和信號轉換元件，

所述分子識別元件包括鎘離子脫氧核酶；所述鎘離子脫氧核酶由底物鏈和酶鏈組成；