[发明专利]一种核酸适体功能化介孔二氧化硅汞离子吸附材料制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种核酸适体功能化介孔二氧化硅重金属离子吸附材料制备方法和应用，材料以具有多孔特性的氨基功能化介孔二氧化硅为载体，核酸适体通过醛基固定在载体上，形成同时具有吸附活性位点和微细孔道的DNA‑NH₂‑MSN。

技术领域

本发明涉及水环境中重金属离子吸附领域，具体来说，涉及一种核酸适体功能化介孔二氧化硅材料的制备及其在水中汞离子检测中的应用。

背景技术

汞是一种常见的剧毒重金属离子，具有累积性、不可降解性以及致癌性，即使十分微小的剂量也能对人体造成危害。汞离子普遍存在于工业排放的废水中，包括采矿，冶炼，电镀，核工业等。世界卫生组织规定，生活用水中汞离子的允许浓度上限为0.002mg/L。如果人体接触过量的汞后会导致肾功能衰竭，肺部损伤乃至癌症。因此，考虑到汞对人体的巨大危害，快速、准确地检测工业废水中的汞离子是十分必要的。

目前，水中汞离子的检测方法有许多种，包括原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电化学法等。这些检测方法都各有优缺点。但是无论哪种检测方法，这些检测样品中的汞离子含量通常都是痕量的，因此为获得高选择性和低检出限的分析方法，常常需要一个预浓缩步骤。以吸附剂为基础的吸附法被证明是实现预浓缩最有效的方法。近年来，研究者们已成功利用碳纳米管、氧化铁纳米颗粒、石墨烯、活性炭、介孔硅纳米颗粒等吸附剂实现对水中汞离子的痕量检测。

介孔二氧化硅材料是指以表面活性剂形成的超分子结构为模板,利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物-无机物界面间的定向作用，组装成孔径在2-50nm之间，孔径分布窄且孔道结构规则的无机多孔材料。介孔二氧化硅材料具有很多特性，包括：粒子和孔的大小、粒子形状、多孔结构的可调节性，可进行表面修饰，良好的生物相容性，以及大的比表面积和孔体积。同时，与其他吸附剂相比，介孔二氧化硅材料具有高度适应性的结构和表面化学性质，以及较低的生产成本等优点，这使得介孔二氧化硅材料在色谱，催化，吸附，药物释放等领域都具有巨大的应用前景。

与其他生物基因核苷酸不同，核酸适体是合成的单链短寡核苷酸(20至80个碱基)没有任何编码信息，但具有格式良好的三维结构，可以与靶分子，蛋白质或细胞受体进行高亲和、高特异性相互作用。同时还具有适用的目标范围广、易合成、易修饰、化学性质稳定等特点。核酸适配体的发展为快速、高效识别技术的研究提供了一个新方向，以核酸适配体作为亲和配体用于富集、分离和检测等方面的研宄工作受到了高度的关注，展示出了良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是制备一种重金属离子吸附材料，通过一步法合成氨基功能化介孔二氧化硅，利用醛基连接氨基与核酸适体，使核酸适体固定在介孔二氧化硅上，以实现对水中汞离子的选择性吸附。

为了制备出符合上述要求的吸附材料，本发明通过以下技术方案实现：一种重金属离子吸附材料，材料以具有多孔特性的氨基功能化介孔二氧化硅为载体，核酸适体通过醛基固定在载体上，形成同时具有吸附活性位点和微细孔道的DNA-NH₂-MSN。

一种所述的重金属离子吸附材料的制备方法，步骤如下：

(1)氨基功能化介孔二氧化硅(NH₂-MSN)的制备：十六烷基三甲基溴化铵溶于碱性环境溶液中，加热搅拌；加入四乙氧基硅烷，加热搅拌；再加入四乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热搅拌充分反应，最终溶液中的反应物摩尔比为1.00四乙氧基硅烷:0.01-0.033-氨丙基三乙氧基硅烷:0.10十六烷基三甲基溴化铵:206.00去离子水；降至室温后，静置陈化；加入酸性乙醇溶液并超声反应，离心分离得到沉淀物；沉淀物再通过酸性乙醇溶液超声，接着离心分离出沉淀物，干燥后获得氨基功能化介孔二氧化硅，记为NH₂-MSN；