[发明专利]基于银离子和半胱氨酸的电化学传感器的制备方法及其逻辑门应用

说明书

本发明公开了基于银离子和半胱氨酸的电化学传感器的制备方法及其逻辑门应用，具体步骤如下：首先将巯基DNA修饰于干净的裸金电极上，然后滴加巯基乙醇处理以置换电极表面非Au‑S键固定的捕获探针。蒸馏水缓缓冲洗，随后向电极上滴加TdT反应液，在37℃下放置1h。蒸馏水缓缓冲洗电极，然后在电极表面滴加Ag(I)溶液，室温孵育后蒸馏水缓缓冲洗电极。在电极表面滴加GV溶液，室温反应，蒸馏水缓缓冲洗电极，得到传感器用于Ag(I)检测。之后为了实现Cys的检测，再加入Cys。所制备的传感器于PBS(0.1M，pH7.0)中检测电化学响应。最后设计Ag(I)和Cys作为输入信号的禁止逻辑门。优点是特异性好、灵敏度高、检测速度快、结果准确可靠、成本低。

技术领域

本发明涉及电化学传感器及其检测方法，尤其是涉及基于银离子和半胱氨酸的电化学传感器的制备方法及其逻辑门应用，属于功能生物材料和生物传感技术领域。

背景技术

银是一种稀有但具有高需求量的金属，有着特殊的高价值、催化、杀毒消菌和光学等特征，广泛应用于货币、珠宝和银饰、太阳能光伏板、空调、水的净化、牙医学、摄影等，涉及医药化工工业、感光材料、家电、电渡和化妆品等行业。由于银的广泛应用，银可通过废水、废渣等排放途径污染环境。银离子(Ag(I))污染将对人类、土壤和微生物健康产生毒害，如结合不同种类的代谢物和酶，使蛋白质作用失去引起疾病。美国环境保护署在1999年将Ag(I)指定为天然水体中的优先污染物，近年来国内外越来越多的国家和地区把Ag(I)污染作为重要的控防重金属污染内容，但相对于其他重金属，对Ag(I)污染、检测及其治理的研究仍尚未深入。传统检测Ag(I)的方法主要有电热原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等，这些方法需要复杂的样品前处理和昂贵的仪器。因此，有必要建立一种简单、快速、灵敏、免标记的Ag(I)检测方法。

L-半胱氨酸(简称Cys)作为一种重要的氨基酸，被广泛地应用到食品加工、生物医药、生化研究、化妆品等领域。Cys能够维持细胞内氧化还原稳态和新陈代谢，参与构成多种蛋白质，对铅、镉、铜、汞、银等表现出很强的亲和力，与生物催化、蛋白质翻译后修饰等活动有关，表现出独特生理功能使其成为有机体不可或缺的组成部分。如果机体内Cys含量处在异常水平会导致疾病发生，如，Cys不足会导致儿童生长缓慢、头发脱色、水肿以及虚弱等症状，相反，Cys含量过高会与神经毒性有关。因此，建立一种简便、高选择性、灵敏度高的检测方法来实现Cys的定性定量检测具有重要意义。

富含胞嘧啶(C)的DNA分子可以在酸性条件下通过质子化的C碱基和非质子化的C碱基形成C-CH⁺碱基对，反向平行排列的C-CH⁺碱基对交替排列和互相嵌入形成稳定的平行双螺旋链，两条双链通过氢键形成四螺旋结构，即为i-motif结构。在室温及中性条件下，Ag(I)嵌入胞嘧啶碱基形成碱基错配的C-Ag(I)-C复合物，诱导富C DNA链形成非发卡结构的i-motif结构。由于在化疗、调控基因转录时，i-motif结构是一种引人注意的药物目标分子，并且在纳米技术上，i-motif结构具有很大的应用潜力和较大的挖掘空间，因此i-motif结构越来越引起研究者的兴趣。

本发明设计了一种基于银离子和半胱氨酸的新型电化学传感器，利用堆叠到i-motif结构表面的龙胆紫(GV)作为电化学信号物质，实现Ag(I)和Cys的检测及其逻辑门应用。在Ag(I)存在的情况下，GV的电化学信号明显地增强，这主要是由于TdT延长的富C链在中性条件下经Ag(I)诱导可以形成i-motif结构，通过GV堆叠来实现Ag(I)的检测。相反地，Cys是一种巯基氨基酸和Ag(I)具有强的结合力，能竞争性与Ag(I)结合并破坏C-Ag(I)-C结构，导致TdT延长的富C链由i-motif结构转变为线性单链DNA，龙胆紫(GV)无法堆叠，脱离电极表面，电化学信号明显降低，通过这种构象变化来实现Cys的检测。此外，以核酸为基础的分子计算机或分子水平上的信息处理有望代替传统的以硅作为原件的计算机技术，在生物医学领域具有重要意义。我们利用Ag(I)和Cys之间的作用发明了一种两个输入和一个输出的禁止逻辑门，拓展其应用。