基于纳米材料和多T碱基DNA序列的汞离子荧光传感器制备

发布时间：2020-06-22 13:17

【摘要】：随着化学传感分析技术的深入发展,荧光分析技术在物质识别和物质检测方面发挥着越来越重要的作用,为发展新型的高灵敏分析检测技术提供了强大的理论依据和技术支持。荧光分析检测技术是一项先进的分析检测技术,它比光谱法、质谱法等方法都应用的更加普及和广泛,这与荧光分析技术所具备的一系列优点是分不开的。荧光分析检测方法最大的特点是:分析灵敏度高、选择性强和操作简单。本论文以荧光化学分析为技术背景,结合新型纳米材料和多T碱基DNA序列制备了几种汞离子荧光传感器,主要工作如下:1)基于吖啶橙/氧化石墨烯和多T碱基DNA序列制备汞离子荧光传感器用于水样中汞离子含量的检测。氧化石墨烯(GO)与吖啶橙(AO)会通过静电作用和π-π共轭作用吸附在一起形成GO/AO复合物,从而两者之间发生荧光共振能量转移,使得AO的荧光信号被GO猝灭。多T碱基DNA序列(P2和H-G4)可以特异性识别汞离子(Hg~(2+))并与之反应,形成胸腺嘧啶-汞离子-胸腺嘧啶(T-Hg~(2+)-T)结构和G-四联体结构。G-四联体结构能够夺取原本吸附在GO上的AO,使AO远离GO表面,阻断荧光共振能量转移过程,从而使体系的荧光信号得以恢复。通过对体系荧光信号的监测,即可定量检测目标物Hg~(2+),可检测范围为0.5-50 nM,检测限(LOD)为0.17 nM。2)基于多T碱基DNA序列调控的量子点自组装制备汞离子荧光传感器用于水样中汞离子含量的检测。我们设计了两段富T碱基的DNA序列(P1和P2),分别将其连接在碲化镉量子点(CdTe QDs)上,得到P1-QDs和P2-QDs,用于识别和检测汞离子。当向检测体系中加入目标物Hg~(2+)后,由于T-Hg~(2+)-T结构的形成,原本分散的量子点会被拉近,进而发生聚集现象,同时伴随着荧光信号的减弱和发射峰位的红移,这就给我们检测Hg~(2+)提供了两种不同的信号模式。可检测范围为0-100 nM,检测限为3.33 nM。3)基于P-FAM/氧化石墨烯制备汞离子荧光传感器用于水样中汞离子含量的检测。其中,FAM是一种荧光染料,作为此荧光传感器的荧光信号发射源。氧化石墨烯(GO)在该荧光传感器中作为猝灭剂使用,可以对FAM的荧光进行有效猝灭。P-FAM是一段被荧光染料FAM标记的富T碱基DNA序列,可以用来识别检测Hg~(2+)。当传感体系中没有Hg~(2+)时,P-FAM呈现随机线圈构象,会吸附在GO表面,发生荧光猝灭。当传感体系中含有Hg~(2+)时,由于T碱基与Hg~(2+)发生反应,形成T-Hg~(2+)-T结构,P-FAM构象发生改变,呈现发卡型构象而不会吸附在GO表面,不会发生荧光猝灭现象。依据传感体系中有无Hg~(2+)时的荧光信号变化,就可以实现对Hg~(2+)的检测。可检测范围为0-120 nM,检测限为3.33 nM。4)基于铜纳米簇/二氧化锰和多T碱基DNA序列制备汞离子荧光传感器用于水样中汞离子含量的检测。其中,铜纳米簇(dsDNA-CuNCs)是荧光信号发射源,MnO_2纳米片是荧光猝灭剂,可以有效猝灭dsDNA-CuNCs的荧光。在dsDNA-CuNCs上有一段富T碱基的DNA序列,可以用来特异性识别检测Hg~(2+)。当传感体系中含有目标物Hg~(2+)时,dsDNA-CuNCs上那段富T碱基的DNA序列会与Hg~(2+)反应生成T-Hg~(2+)-T结构而形成双链结构。当传感体系中没有目标物Hg~(2+)时,dsDNA-CuNCs上那段富T碱基的DNA序列呈现的是一种自由的线性构象。当向该体系中加入猝灭剂MnO_2纳米片时,MnO_2纳米片会选择性吸附dsDNA-CuNCs,即只吸附没有与Hg~(2+)发生反应的那部分dsDNA-CuNCs,两者之间发生荧光共振能量转移,发生荧光猝灭现象。这样,我们就可以依据传感体系的荧光信号大小实现对Hg~(2+)的检测。可检测范围为0-200nM,检测限为5nM。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TP212;TB383.1
【图文】：

荧光传感器,构建过程

图 2.1 荧光传感器的构建过程离子的检测汞离子的检测，整个实验过程分为三步。第一步，将 GO 溶液（最终和 AO 溶液（最终浓度，1 μM）加入到 Tris-HAc 缓冲溶液中，反应溶液（最终浓度，1 μM），H-G4 溶液（最终浓度，1 μM）和一系列液（0.50, 2.00, 8.00, 10.00, 20.00, 30.00, 50.00, 80.00 nM）于缓冲溶液成 T-Hg2+-T 结构和 G-四联体结构；第三步，将上述反应完成后的两反应 24 min，立即对其进行荧光信号强度的测试（激发波长为 490 射光谱。最后，我们还将此构建的荧光传感器用于实际水样中 Hg2+的人满意的实验结果。与讨论

序列,表征图

图 2.2 GO 的 SEM (a) 和 TEM (b) 表征图感器检测机理光传感器的传感机制如图 2.1 所示。P2（5′-GTT GGG TTT GCT-3 TAT CCC ATC GGG TTG GGC GGG ATG GGAT-3′）是两条富 T 碱来特异性识别检测汞离子。同时 H-G4 还是一段富含 G 碱基的 DN条件下，H-G4 可以折叠形成 G-四联体结构[52]，H-G4 的富 T 部分序g2+反应生成 T-Hg2+-T 结构。AO 与 GO 之间存在着 π-π 共轭作用和在 GO 表面形成 AO/GO 复合物。在这里，GO 作为荧光猝灭剂，荧光信号的降低（图 2.1 中 a 过程）。在 Hg2+存在的情况下，P2 序序列的 5′端发生杂交反应，发卡型结构的 H-G4 序列被打开，形成联体结构（图 2.1 中 b 过程）。当 AO/GO 复合物与形成的 G-四联由于 AO 与 G-四联体结构之间存在着一种更强的结合力，AO/GO

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