[发明专利]一种高特异性DNA水凝胶对铅离子的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于可视化定量分析方法技术领域，尤其涉及一种高特异性DNA水凝胶对铅离子的检测方法。

背景技术

水凝胶是一类亲水性的高分子聚合物，能够在水环境下发生溶胀，依靠物理交联或化学交联两种方式生成。凝胶结构能够响应多种环境参数，如温度、pH、离子强度和溶剂组成等，而发生改变，因而也被称作“智能水凝胶”。基于各种传统意义上的水凝胶构建的传感器在响应各种外界信号并发生性质改变后，通常还要结合一些复杂、精密的仪器对特征变化进行表征和记录，这样往往耗时费力，不适合普及。DNA交联水凝胶的出现，极大地扩展了水凝胶传感器的应用范围（1、Liu J，Liu H，Kang H，et.al.，Aptamer-incorporated hydrogels for visual detection，controlled drug release,and targeted cancer therapy[J].Anal Bioanal Chem(2012)402:187–194.）。

具有催化功能的DNA片段被称为脱氧核酶(DNAzyme或者Deoxyribozymes)。自从1994年Breaker小组第一次发现这种具有催化功能的DNA片段以来，DNAzyme多种催化功能已被证实，目前发现DNAzyme的催化反应包括磷酸化、RNA切割、光逆转、DNA连接以及核肽的连接反应。功能核酸分子功能的多样性充分体现出来。脱氧核酶其中一个重要的性质是往往依赖金属离子的存在（如Pb²⁺、Cu²⁺、UO²⁺等）。(Juewen Liu,Zehui Cao,and Yi Lu,Functional Nucleic Acid Sensors[J].Chem.Rev.(2009)109:1948–1998)。脱氧核酶在自由体系中会形成类似环型的二级结构，在金属离子的存在下，切割特定的识别位点，使RNA分子裂解。分析化学工作者利用这一性质，将脱氧核酶开发成能够检测金属离子的生物传感器。应用目的则相对专一，主要是检测和分析(Tian Lan,Kimberly Furuyab,Yi Lu,A highly selective lead sensor based on a classic lead DNAzyme.Chem.Commun.(2010)46:3896–3898)。

传统方法利用大型仪器如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），原子吸收光谱仪（AAS）等实现对铅离子的检测，花费较大，且需要复杂的样品制备过程。

即时诊断是近年来日渐成熟的一项诊断技术。所谓即时诊断（Point of Care Test，POC Test），是指在病人身旁迅速获得检测结果。该技术方便、快捷，不依赖昂贵的实验仪器设备或者专业的技术人员，亦不需借助复杂的样品处理步骤，依靠简单的设备读出信号或者通过观测试纸上条纹、斑点等的颜色变化来反映检测结果。除应用于医院、诊所中迅速获取病人信息外，即时诊断使疫情早期预警、家庭保健防护、贫困地区医疗乃至食物、水、环境等的现场监测等成为可能。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中检测铅离子的手段复杂、价格昂贵等问题，提供一种快速、灵敏的高特异性DNA水凝胶对铅离子的检测方法。

本发明采用如下的技术方案：

一种高特异性DNA水凝胶对铅离子的检测方法，包括如下步骤：

步骤一，将显色大分子包埋在对铅离子响应的高特异性DNA水凝胶结构中；

步骤二，铅离子刺激水凝胶从而释放出包埋于其中的显色大分子；

步骤三，根据不同浓度的含铅样品对水凝胶的瓦解程度不同的原理，从上清溶液中显色大分子的颜色深浅实现对铅离子的可视化检测；

步骤四，拍照分析或者利用微量紫外-可见光谱仪测定上清溶液吸收，从而定量测定样品中铅离子浓度。

优选地，所述显色大分子为金纳米粒子。优选地，所述金纳米粒子的粒径为13nm。优选地，所述金纳米粒子在水凝胶中浓度为30-300nM。

优选地，所述水凝胶中，各DNA链的终浓度为50μM-1mM。

优选地，所述水凝胶与含铅样品的体积比为1:4-6。

优选地，所述水凝胶与含铅样品的反应时间为30min-3hr。