基于納米材料的電化學(xué)傳感器對Hg2+和Cu2+的高靈敏檢測.pdf

1、現(xiàn)代社會，重金屬在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，隨之而來的重金屬污染亦成為制約人類健康發(fā)展的重大環(huán)境問題。因此，實現(xiàn)對環(huán)境中重金屬離子有效監(jiān)測，對預(yù)防和治理重金屬污染具有十分重大的意義。近年來，基于電化學(xué)方法設(shè)計的重金屬離子傳感器由于分析速度快、選擇性好、操作簡便且儀器廉價、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點引起了廣泛關(guān)注。隨著納米材料在電化學(xué)和生物傳感器領(lǐng)域的引入，分析檢測的方法取得了極大進展。本論文基于電化學(xué)方法，結(jié)合功能化的納米材料，

2、設(shè)計不同的檢測原理構(gòu)建電化學(xué)傳感器，實現(xiàn)了Hg2+和Cu2+的痕量檢測。具體內(nèi)容如下：
　　1、基于對氨基苯磺酸/功能化碳納米管修飾電極實現(xiàn)Hg2+的痕量檢測
　　通過聚對氨基苯磺酸/功能化單壁碳納米管修飾的玻碳電極對水環(huán)境中無機汞（Hg2+）進行定量檢測。實驗中對該傳感器的電化學(xué)行為進行了評估和優(yōu)化。在最佳條件下，此傳感器展示出好的電化學(xué)響應(yīng)：檢測線性范圍為1.0μmol/L~0.5 mmol/L，檢測限為0.5μmol/

3、L；本實驗還對其他金屬離子的干擾性進行了評估，結(jié)果表明該修飾電極有良好的選擇性。因此該傳感策略對環(huán)境中Hg2+的檢測具有較大的應(yīng)用潛力。
　　2、基于目標(biāo)物轉(zhuǎn)換策略和滾環(huán)擴增信號放大技術(shù)實現(xiàn)Hg2+的高靈敏檢測
　　基于目標(biāo)物Hg2+轉(zhuǎn)換策略和滾環(huán)擴增信號放大策略，構(gòu)建了一種檢測Hg2+的新型電化學(xué)傳感器。轉(zhuǎn)換策略的實施依賴于Hg2+的特異性識別（T-Hg2+-T），它可以誘發(fā)DNA鏈的替代。通過T-Hg2+-T的配位化學(xué)，

4、將Hg2+的檢測轉(zhuǎn)化為DNA測定。這里，納米金@磁性聚苯乙烯微球作為磁性分離器，標(biāo)記有硫醇的DNA鏈D1和D2，其中D1富含T堿基，可與富含T的DNA長鏈 D3發(fā)生T-Hg2+-T特異性識別，而D2可以和DNA單鏈 S1（富含G）雜化形成S1/D2雙鏈結(jié)構(gòu)。在Hg2+存在的條件下，D1和D3發(fā)生特異性雜化，促使D2和D3發(fā)生鄰位雜化，形成穩(wěn)定的D2/D3結(jié)構(gòu)，并將S1從S1/D2雙鏈中替換出來，實現(xiàn)了目標(biāo)物Hg2+（輸入）到S1（輸出）

5、的轉(zhuǎn)換。另外，可操縱的環(huán)狀DNA作為輔因子，在一定條件下可與輸出產(chǎn)物S1發(fā)生滾環(huán)擴增（RCA），生成超長DNA單鏈。電極上的capture DNA可以捕捉RCA產(chǎn)物，而亞甲藍（MB）可靜電吸附在RCA產(chǎn)物上產(chǎn)生強烈的電信號。該Hg2+電化學(xué)傳感器展示出良好的性能，具有較寬的檢測范圍（1 pmol/L~1μmol/L）和較低的檢測限（0.684 pmol/L），并且有優(yōu)異的選擇性和重現(xiàn)性。由此可見，該傳感器在檢測Hg2+方面有很大的發(fā)展?jié)?/p>

6、能
　　3、基于辣根過氧化物酶和納米金信號放大策略聯(lián)合點擊反應(yīng)實現(xiàn)Cu2+的高靈敏檢測
　　本工作基于Cu2+引發(fā)點擊反應(yīng)，以辣根過氧化物酶（HRP）作為信號指示器，金納米顆粒（AuNP）作為信號放大器，設(shè)計了一種新型的電化學(xué)傳感器實現(xiàn)Cu2+的超靈敏檢測。在金納米顆粒上修飾炔基化的DNA單鏈和HRP后，通過與電極表面疊氮基修飾的DNA單鏈（azido-DNA）發(fā)生點擊反應(yīng)，將HRP修飾的金納米顆粒固載于電極表面。在抗壞血酸

7、鈉存在的條件下，目標(biāo) Cu2+被還原成 Cu+，Cu+可以催化 azide-alkyne點擊反應(yīng)的發(fā)生。固載在AuNP上的HRP分子可以催化底液中H2O2的分解，由此產(chǎn)生強烈的電化學(xué)信號，用于指示目標(biāo)Cu2+的濃度。在最佳條件下，構(gòu)建的傳感器對Cu2+展現(xiàn)出良好的電化學(xué)響應(yīng)，動態(tài)線性范圍為1.0 amol/L~10μmol/L，檢測限低至0.38 amol/L。針對其他干擾離子，該傳感器亦展現(xiàn)出很好的選擇性。所以，該傳感器可在環(huán)境監(jiān)測方