[發明專利]一種快速檢測水體中汞離子的比色傳感器

在審

• 申請號: 202111111517.4
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113720837A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 段憶翔;黃志鈞
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N21/33
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

一種用于水體中汞離子濃度檢測的比色傳感器，反應組分包括：自延伸DNA模板、Bst3.0 DNA聚合酶、dNTPs底物及納米金膠體。本發明利用特定的錯配堿基對實現汞離子的高特異性識別，以啟動后續的DNA自延伸反應。同時，利用結構極其簡單的自延伸DNA模板實現快速的信號放大。由于dNTPs底物與雙鏈的擴增產物在穩定納米金膠體上存在顯著差異，納米金膠體顏色的顯著差異可以直觀地指示樣品中的汞離子濃度，方便了檢測結果的觀察。該發明具有檢測靈敏度高、檢測特異性和抗干擾能力強以及結果可直接觀測的優點，是檢測水體中重金屬汞污染的有效方法。

技術領域

本發明涉及比色檢測領域，具體涉及用于檢測水體中汞離子的比色傳感器的設計和應用。

背景技術

伴隨著工業和現代化的迅速發展，重金屬污染物已成為破壞環境生態平衡以及威脅人類健康的嚴重問題。其中，汞是一種嚴重危害環境生態平衡和人體健康的劇毒的重金屬元素；由于具有顯著的生物累積效應，汞元素容易通過食物鏈富集，不但嚴重危害水生生物，對位于食物鏈頂端的人類的威脅更為嚴重。

為防止發生汞中毒事件，《中華人民共和國環境保護法》中規定生活飲用水以及農田灌溉水中汞的含量應小于0.001 mg/L。當前，原子吸收/發射光譜、原子熒光光譜、X射線熒光光譜和電感耦合等離子體質譜等技術均可實現汞的高靈敏度檢測。然而，這些分析方法都需要昂貴的設備、復雜且耗時的預處理，增大了水質常規監控的難度。

因此，開發簡便、快速且廉價的分析方法對于長期監控水體的重金屬污染以及環境保護都意義重大。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明開發了一種操作簡便，成本低廉、檢測快速且對分析儀器依賴性較低的比色檢測方法。本方法中應用的DNA自延伸信號放大技術可在等溫條件下進行，由于只涉及極其簡單的反應組分，該反應體系具有良好的可靠性。同時，由于具有檢測結果可直接通過肉眼分辨的優勢，該方法尤其適合用于分析儀器匱乏地區以及樣品的實地快速檢測。

為了實現上述目的，本發明提供了用于汞離子檢測的DNA模板序列，經優化的適合的反應緩沖液組分，用于比色檢測的納米金的制備方法以及相關的檢測操作程序。

用于水體中汞離子濃度檢測的比色傳感器，反應組分包括：自延伸DNA模板、Bst3.0 DNA聚合酶、dNTPs底物及納米金膠體。本發明利用特定的錯配堿基對實現汞離子的高特異性識別，以啟動后續的DNA自延伸反應。同時，利用結構極其簡單的自延伸DNA模板實現快速的信號放大。由于dNTPs底物與雙鏈的擴增產物在穩定納米金膠體上存在顯著差異，納米金膠體顏色的顯著差異可以直觀地指示樣品中的汞離子濃度，方便了檢測結果的觀察。該發明具有檢測靈敏度高、檢測特異性和抗干擾能力強以及結果可直接觀測的優點，是檢測水體中重金屬汞污染的有效方法。

所述的用于汞離子檢測的DNA模板序列為：

5’-TTGTTAACAATTGTTAACAATTGTTACTCCTTTTGGTGTATC-3’，其中3’端兩對錯配的T-T堿基對用于汞離子的特異性識別。（參見圖1~5）

所述的反應緩沖液組分為：

1×緩沖液 (20 mM TrisHNO₃, 50 mM KNO₃, 2 mM Mg(NO₃)₂, 1 M甜菜堿, 75 μMdNTPs, pH7.4)。

所述的納米金制備方法為：

100 mL濃度為1 mM的HAuCl₄在攪拌和回流條件下加熱至沸騰，隨后加入2.4 mL5%的檸檬酸三鈉，并繼續煮沸30分鐘，反應物緩慢降至室溫后即可獲得直徑約13 nm的納米金膠體，用超純水稀釋四倍后即可用于比色檢測。

所述的檢測操作程序為：