基于生物条形码纳米探针可视化检测重金属的研究

重金属污染及其对人类健康的危害已经引起全球范围的广泛关注。本项目以Pb2+、Hg2+、Cu2+和Ag+为研究对象，利用脱氧核酶（DNAzyme）以及含有胸腺嘧啶－胸腺嘧啶错配碱基对（T-T）、胞嘧啶－胞嘧啶错配碱基对（C-C）的双链DNA等功能DNA分子为特异性识别单元，采用磁珠探针为分离和富集手段，以纳米金探针为检测信号，结合生物条形码（Bio-Bar codes）和银（或金）染色等信号放大技术，通过肉眼直接观测或采用平板扫描仪为信号输出装置，建立一种通用的具有高灵敏、高选择性、经济、便携的重金属现场检测方法。降低实际样品的基质背景干扰和提高检测灵敏度是本项目拟解决的重点问题。本项目的研究成果可应用于饮用水、环境污染、临床毒理学以及采矿、冶金、电镀等工业废水中重金属的现场检测。

重金属污染及其对人类健康的危害已经引起全球范围的广泛关注。为了及时了解重金属污染的分布情况、污染程度以及预防重金属的中毒，研究高灵敏、高选择、经济便携的重金属检测方法用于环境和生物样品中重金属的检测十分有必要。本项目以Pb2+、Hg2+、Cu2+和Ag+为研究对象，利用脱氧核酶（DNAzyme）以及含有胸腺嘧啶-胸腺嘧啶错配碱基对（T-T）、胞嘧啶-胞嘧啶错配碱基对（C-C）的双链DNA 等功能DNA 分子为特异性识别单元，结合磁珠、杂交链式反应（HCR）、荧光共振能量转移（FRET）等纳米技术和生物技术，构建了高灵敏、高选择性、经济便携的新型重金属离子荧光和比色传感器，并应用于环境水样的检测。在此基础上，本项目还利用HCR等生物技术发展高灵敏度的生物传感器并拓展至艾滋病病毒（HIV）基因以及生命相关重要的小分子（ATP）等的检测。研究过程中，我们还发现了MoS2、WS2、g-C3N4等新兴二维纳米材料具有辣根过氧化物酶的催化活性，能催化过氧化氢氧化四甲基联苯胺（TMB）、2 ,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐（ABTS）、邻苯二胺（OPD）等底物从而生成有颜色的产物，利用这些性质发展了高灵敏度检测葡萄糖的便携式比色生物传感器。这些模拟酶的发现为研究新型比色传感器探索新的研究方向。本项目已在Chem. Commun.、Biosens. Bioelectron.、Nanoscale、Anal. Chim. Acta、Sens. Actuat. B等国际著名刊物发表研究论文9篇，参加学术会议交流5人次，培养在读博士生1人，毕业硕士生3人，在读硕士生1人。