一種用于汞離子檢測的sers傳感器及其制備和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于拉曼光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于汞離子檢測的SERS傳感器及其制備和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是一種具有極強毒性的重金屬離子，在世界范圍內(nèi)廣泛存在，其污染會嚴重危害環(huán)境，并對人類健康產(chǎn)生極大威脅。汞在人體內(nèi)的積累可以導(dǎo)致永久性的腦損傷和其他嚴重的臨床癥狀，此外，母體中汞含量過高會導(dǎo)致嬰兒產(chǎn)生先天缺陷。因此，對于汞污染的監(jiān)測十分必要。
[0003]汞污染中水溶性的二價汞離子(Hg2+)是其最常見，最穩(wěn)定和最廣泛的傳播形式之一，也是人類接觸汞污染的主要來源之一。由于人類工業(yè)礦業(yè)生產(chǎn)活動的增加，來自人為的汞污染排放量激增，使得部分水體中的汞濃度上升，日漸威脅到環(huán)境和人類健康，因此對水體中汞的檢測尤為重要。
[0004]目前，傳統(tǒng)的汞離子檢測方法主要有電熱原子吸收光譜(ETAAS)，酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)和冷原子熒光法(CA-AFS)。這些檢測方法雖然檢測結(jié)果準確，但它們通常需要復(fù)雜的樣品制備程序和昂貴精密的工藝設(shè)備，限制了其推廣應(yīng)用，不適合用于現(xiàn)場檢測分析。比色法檢測，共振散射光譜法，電化學(xué)和熒光，這類檢測極限可達納摩爾每升，但因為人體汞的積累是一個極低濃度的長期攝入過程，所以發(fā)明具有極高靈敏度和選擇性的汞離子檢測方法仍是對廣大科研人員的挑戰(zhàn)。此外，一些涉及熒光光學(xué)傳感器面臨的淬火和光漂白問題。在這種情況下，發(fā)展操作簡單，結(jié)果可靠，低檢測限的鑒別方法，已經(jīng)迫切地提上了議事日程。
[0005]目前環(huán)保部門對于水質(zhì)檢測主要利用原子吸收光譜，汞離子檢測濃度在?nM級另Ij，nM以下在實際中很難直接檢測到，需要對樣品進行數(shù)十倍甚至幾百倍濃縮，操作繁瑣。
[0006]表面增強拉曼散射(SERS)報道作為一種新型的檢測工具，可以表征分子振動的指紋光譜，具有超高的特異性和靈敏度，適用于微量物質(zhì)的定性檢測和定量研究。此外，表面增強拉曼光譜不需要昂貴的儀器和復(fù)雜的準備程序，具有生物無毒，重現(xiàn)性好，便攜適用廣泛等優(yōu)點，是水體中汞離子檢測的理想工具。但是，現(xiàn)有利用拉曼光譜檢測汞離子的技術(shù)中，其中拉曼探針制備方法復(fù)雜，膠體拉曼探針穩(wěn)定性低，在對汞離子檢測的靈敏度上仍有可以提升的空間。
[0007]目前，在Zhang[I ]的工作中，他們以金納米孔為增強基底，連接相應(yīng)的探針，在15個胸腺嘧啶組成的探針中，檢測范圍為I nM到10 qM，最低檢測濃度為100 pM，100 pM時拉曼峰值下降幅度僅為3%，且探針組裝時間為24h，時間長。在他們的工作中沒有擬合相應(yīng)的工作曲線，在100 nM各種離子的特異性檢測中可以看出鐵鈣等離子都對信號有較大的干擾。在Liu[2]的工作中應(yīng)用了部分相近的探針結(jié)構(gòu)，檢測范圍為I nM到2 φ,檢測限僅為0.5 nM。
[0008]在使用相同基底的拉曼檢測中，未見將該基片用于離子檢測的報導(dǎo)。
[0009][I]:Zhang L, Chang H, Hirata A, Wu H, Xue QK, Chen M.-NanoporousGold Based Optical Sensor for Sub-ppt Detect1n of Mercury 1ns.ACS Nano,2013， 7: 4595-4600
[2]:Liu SJ, Nie HG, Jiang JH, Shen GL, Yu RQ.Electrochemical sensor formercury(II) based on conformat1nal switch mediated by interstrandcooperative coordinat1n.Analytical Chemistry,2009, 81(14):5724-5730。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有的金屬離子檢測方法存在的不足，提供一種用于汞離子檢測的SERS傳感器及其制備和檢測方法。該傳感器以銀納米棒陣列型SERS基片為載體，經(jīng)表面修飾特定寡核苷酸探針鏈構(gòu)建得到，其具有較高特異性和靈敏度。
[0011 ]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種用于汞離子檢測的SERS傳感器，該傳感器是將寡核苷酸探針鏈修飾到固體SERS基片表面構(gòu)建得到，所述寡核苷酸探針鏈由三部分組成，其一端修飾巰基用以連接基底，另一端修飾上拉曼染料，中間部分為5?25個純胸腺嘧啶。
[0012]所述寡核苷酸探針鏈為:5’-SH-(CH2)6-TTTTTT TTT TTT TTT-Cy5_3’。
[0013]所述固體SERS基片為銀納米棒陣列型SERS基片。
[0014]所述用于汞離子檢測的SERS傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
1)固體SERS基片用超純水多次沖洗，備用；
2)將寡核苷酸探針溶液滴于步驟I)固體SERS基片表面，恒溫靜置培養(yǎng)，使得寡核苷酸探針修飾到基底上，用純水沖洗干凈，去除多余的探針鏈。
[0015]步驟2)中寡核苷酸探針溶液的摩爾濃度為5?150nM。
[0016]步驟2)中恒溫靜置培養(yǎng)的培養(yǎng)溫度為20?37°C，培養(yǎng)時間為2?4小時。
[0017]應(yīng)用所述SERS傳感器檢測汞離子的檢測方法，包括如下步驟:
1)建立工作曲線:將上述SERS傳感器在緩沖液中浸泡，使DNA形態(tài)保持穩(wěn)定;利用拉曼光譜儀進行拉曼測試，記錄傳感器的初始SERS信號強度;配置不同濃度的汞離子樣品溶液；將SERS傳感器與不同濃度的汞離子溶液室溫下共培養(yǎng);取出傳感器采集SERS信號，以傳感器SERS信號下降幅度為縱坐標，汞離子濃度為橫坐標作出相對應(yīng)的工作曲線；
2)將SERS傳感器浸泡入待檢測溶液中共培養(yǎng)，隨后進行拉曼測試，記錄傳感器SERS信號強度;計算SERS信號強度的下降幅度，對照工作曲線，計算得出汞離子的濃度。
[0018]步驟I)中SERS傳感器在緩沖液中浸泡的浸泡時間為5?20 min。
[0019]步驟2)中將SERS傳感器浸泡入待檢測溶液中共培養(yǎng)的時間為I?5小時。
[0020]上述SERS傳感器以銀納米棒陣列型固體基片為芯片，并在其上修飾上寡核苷酸探針鏈。該寡核苷酸單鏈由三部分組成，其一端修飾巰基用以連接基底，另一端修飾上拉曼染料，中間組成部分為若干純胸腺嘧啶。應(yīng)用時，在未與待檢測液共培養(yǎng)前測試SERS傳感器的初始SERS信號，隨后將傳感器與待檢測液共培養(yǎng)，再次檢測SERS信號強度，根據(jù)SERS信號的強度下降幅度達到對汞離子定量檢測。
[0021]本發(fā)明中銀納米棒陣列型SERS基片采用真空電子束蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備，具體方法按文獻(C.Y.Song, J.L.Abell, Y.P.He, S.H.Murph, Y.P.Cui, Y.P.Zha0.Gold-modified silver nanorod arrays: growth dynamics and improved SERSproperties.Journal of Materials Chemistry, 2012，22(3): 1150-1159.)中報道的方法制備。
[0022]本發(fā)明以檢測水中痕量汞離子為示例制備用于汞離子檢測的SERS傳感器。
[0023]所述示例的寡核苷酸探針堿基序列為:
探針鏈:5’-SH-(CH2)6-TTT TTT TTT TTT TTT-Cy5-3，;
本發(fā)明制備用于汞離子檢測的SERS傳感器的優(yōu)選方案中，寡核苷酸探針鏈5’端修飾巰基，3 ’端修飾染料分子Cy5;探針鏈通過金-硫鍵固定于銀納米棒陣列型SERS基底的表面;探針鏈中胸腺嘧啶可以與汞離子特異性結(jié)合，使得相鄰的探針單鏈相互配對，形成剛性雙鏈結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明制備用于汞離子檢測的SERS傳感器的工作原理:單鏈寡核苷酸探針具有柔性，通過巰基固定到銀納米棒陣列基片表面后趨向倒伏在銀納米棒基片表面，因此標記在探針鏈上的拉曼染料與SERS基片距離較近，具有較強的SERS信號；當存在Hg2+時，寡核苷酸探針鏈可以與汞離子相互結(jié)合，形成