[发明专利]一种基于脱氧核酶水凝胶的铜离子检测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及铜离子检测领域，具体涉及脱氧核酶水凝胶在铜离子检测传感器中的用途。

背景技术

铜是人类最早使用的金属，铜离子广泛存在于自然界，铜离子也是人类必需的微量元素，但是铜超标对人体的危害也很大，主要是由重金属离子铜带来的危害。当人体内残存了大量的重金属之后，急易对身体内的脏器造成负担，特别是肝和胆，当这两种器官出现问题后，维持人体内的新陈代谢就会出现紊乱，肝硬化，肝腹水甚至更为严重。美国环境保护局对饮用水中铜离子的检测浓度要求是不高于20μM。传统对于铜离子的检测采用的是原子吸收或ICP-MS等复杂、昂贵的仪器。

采用脱氧核酶（DNAzyme）水凝胶体系对高灵敏检测水中铜离子的含量的应用存在巨大的潜力。本发明提供脱氧核酶水凝胶在铜离子检测中的用途。本发明可实现铜离子的快速检测，在不需要昂贵复杂仪器设备的同时还具有很高的选择性、测定速度快等优点。

发明内容

本发明提供一种基于脱氧核酶水凝胶的铜离子检测传感器，脱氧核酶（DNAzyme）水凝胶使得铜离子检测传感器具有很高的选择性和测定速度快等优点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案如下：

一种基于脱氧核酶水凝胶的铜离子检测传感器，包括脱氧核酶水凝胶，脱氧核酶水凝胶是由甲基丙烯基团修饰的底物链和甲基丙烯基团修饰的脱氧核酶通过碱基互补配对交联形成的三维网状的水凝胶，并且在水凝胶上包裹有金纳米颗粒。

为了更好地理解本发明的实质，下面结合具体实例描述脱氧核酶水凝胶在铜离子检测中的应用。

脱氧核酶水凝胶的制备过程如下：

1）合成丙烯酸亚磷酰胺单体：

丙烯酸亚磷酰胺单体的合成分为三个步骤：a）将1g 6-氨基-1-己醇，2.36mL三乙胺加入100mL二氯甲烷中冰浴，在无水无氧条件下逐滴加入2.67g甲基丙烯酰氯，在室温条件下搅拌反应2小时；b）将溶剂旋干，向产物中加入10mL乙醇和15%NaOH,将产物选择性水解成6-异氰酸根合己基-甲基丙烯酰氯，再用硅胶柱分离纯化；c）将0.50g纯化后的6-异氰酸根合己基-甲基丙烯酰氯溶于10mL无水二氯甲烷中，在0°C条件下逐滴加入0.98g N,N-二异丙基乙胺，再逐滴加入0.87ml 2-氰乙基N,N-二异丙基氯代亚磷酰胺，在冰浴上反应2小时；将溶剂旋干后，将产物用乙酸乙酯:环己烷:三乙胺 40:60:3的洗脱液在硅胶柱上洗脱，得到的终产物为无色油状液体；

2）甲基丙烯基团修饰的底物链和脱氧核酶的合成与纯化：

5′端标记的底物链和脱氧核酶用CPG作为固相载体，使用DNA单体在DNA合成仪上从3′端开始合成，最后在5′端修饰步骤1）中合成的丙烯酸亚磷酰胺单体；合成结束后，将上述CPG转移至2ml Eppendorf管中，加入0.5 mL 25 %的氨水在65℃下氨解8 hr，使DNA从CPG上切割下来；氨解完毕取上清液进行酒精沉淀，加入0.1倍体积的3M NaCl和3倍体积的乙醇在-20°C冰箱中静置20min，将得到的沉淀去除上层清液，再将沉淀溶于0.1M的醋酸三乙胺溶液中，用0.22μm的滤膜过滤，再用高效液相色谱仪进行纯化；

3）底物链和脱氧核酶分别与丙烯酰胺单体聚合形成线性高分子链：

将经过步骤2）经甲基丙烯基团修饰的底物链和经甲基丙烯基团修饰的脱氧核酶分别溶解到含4%丙烯酰胺单体的50mM HEPES缓冲溶液中，抽真空10min，再向体系中加入终体积1.4%的10%过硫酸铵和终体积1.4%的5%四甲基乙二胺中，再次抽真空10min；底物链和脱氧核酶分别与丙烯酰胺单体聚合形成线性高分子链；

4)金纳米的修饰：

取1.5mL合成好的金纳米颗粒于1.5mL离心管中，再向管中加入质量体积比为1.5%的牛血清蛋白；金纳米和牛血清蛋白孵育2-3小时之后，离心并去除上清液，将下层重新溶于水中就得到保护的金纳米粒子；

5)脱氧核酶水凝胶的制备：

将10μL两条聚合好的DNA聚丙烯酰胺加入1/10体积的牛血清蛋白封闭的金纳米颗粒，振荡混匀后，再将两条聚合链混合，将混合后的溶液置于60°C干浴器中10min后自然冷却至室温，得到包裹金纳米颗粒的脱氧核酶水凝胶。