[发明专利]基于G-四链体和金纳米颗粒制备生物传感器检测钾离子的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种基于G-四链体和金纳米颗粒制备生物传感器检测钾离子的方法。

背景技术

钾是人体内不可缺少的常量元素，在调节体液渗透压和酸碱平衡、维持细胞新陈代谢、保证神经肌肉的正常功能等方面发挥着重要作用。其含量是人体生理活动的重要指标，在血液和尿液中的存在水平对临床诊断尤为重要，因此钾离子含量的测定具有十分重要的意义。参考文献[1]Abd-Elgawad Radi and Ciara K.O’Sullivan.Aptamer conformational switch as sensitive electrochemical biosensor for potassium ion recognition.Chem.Commun.,2006,3432–3434中记载，Abd-Elgawad Radi等人以二茂铁（Fc）标记的可以形成G-四链体结构的核苷酸链作为适配体构建电化学传感器检测钾离子。通过巯基自组装作用将二茂铁标记的K⁺适配体固定在金电极上，当未加入目标物质——K⁺时，适配体保持部分展开，二茂铁离电极距离远，电子传递能力弱，电化学信号小；当目标物质K⁺存在时，适配体形成G-四链体结构，发生构型转变，二茂铁离电极距离近，电子传递能力增强，电化学信号增大，从而实现对K⁺的测定。但是该法对K⁺的检测范围很窄，为0.1-1mM，远远不能满足现有技术发展的需求。

发明内容

本发明的目的是结合G-四链体和金纳米颗粒的信号放大作用，构建一种用于检测钾离子的新型电化学生物传感器。与之前基于G-四链体的电化学生物传感器相比，本发明可以达到较低的检测限（0.1mM）和更宽的检测范围（0.1-30mM）。

本发明提供的基于G-四链体和金纳米颗粒制备生物传感器检测钾离子的方法，包括如下步骤：

第一步，金电极的预处理；

第二步：对氨基苯硫酚p-ATP的配制：以无水乙醇为溶剂，向溶剂中加入p-ATP，得到p-ATP的乙醇溶液；

第三步：在金电极上修饰p-ATP：将第一步处理好的金电极在室温下浸泡于p-ATP乙醇溶液中；然后用乙醇和去离子水冲洗，氮气吹干；

第四步：在修饰了p-ATP的金电极上修饰金纳米颗粒；

第五步：DNA适配体的配制与准备；

第六步：在修饰了金纳米颗粒的金电极上修饰DNA适配体；

第七步：除去散乱修饰到金电极表面的DNA适配体；

第八步：进行钾离子的检测。

本发明的优点在于简单快速，灵敏度高，具体为：

（1）本发明提供的检测方法对于钾离子的最低检测浓度可以达到0.1mM，并且线性范围较大。在0.1-1mM浓度范围内，方波伏安峰电流和钾离子浓度呈良好的线性关系；在1-30mM浓度范围内，方波伏安峰电流和钾离子浓度的对数呈良好的线性关系；

（2）检测速度快，能实现对钾离子的实时检测，而且峰电流值稳定。

附图说明

图1：本发明中基于G-四链体和金纳米颗粒制备生物传感器检测钾离子的机理图；

图2：本发明中钾离子浓度的电化学检测图：（a）方波伏安图，检测电流与浓度之间的关系图；（b）浓度与方波峰电流的关系图；（c）浓度0.1-1mM和方波峰电流的线性关系图；（d）浓度1-30mM对数值和方波峰电流的线性关系图。

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的检测方法，是基于G-四链体和金纳米颗粒制备生物传感器检测钾离子的方法。其具体原理如下：

如图1所示，首先将金纳米颗粒修饰在金电极表面，其中对氨基苯硫酚（p-ATP）作为金电极表面与金纳米颗粒的链接中介，利用金纳米颗粒比表面积大的特点来增强电化学信号。再通过巯基自组装作用将以二茂铁（Fc）标记的能形成G-四链体结构的DNA（Fc-5'-TTTGGTTGGTGTGGTTGGTTT-3'-(CH2)₆-SH）固定到纳米金颗粒的表面，作为适配体生物传感器检测钾离子。当未加入目标物质——K⁺时，适配体保持部分展开，二茂铁离电极距离远，电子传递能力弱，电化学信号小；当目标物质K⁺存在时，适配体形成G-四链体结构，发生构型转变，二茂铁离电极距离近，电子传递能力增强，电化学信号增大，从而实现对K⁺的测定。