基于G-四聯體的納米探針比色檢測鉛離子

2023年12月31日發(作者：狗蛋兒)

基于G-四聯體的納米探針比色檢測鉛離子

莫志宏;高應梅;溫志渝;范艷萍

【摘 要】基于納米探針和G-四聯體建立了簡便快速檢測鉛離子的方法. 納米探針采用金納米粒子自組裝修飾富G寡核苷酸制得, 在鉛離子存在下, 納米探針上的富G寡核苷酸形成G-四聯體, 導致納米探針凝聚變色. 在優化條件下, 比色檢測鉛離子的線性范圍為48～480 nmol/L, 檢出限為20 nmol/L;大多數金屬離子無明顯干擾, 而有明顯干擾的汞離子可采用與之特異結合的寡核苷酸有效消除. 將該法成功用于環境水樣中鉛離子的檢測, 重現性(RSD<3.0%)與回收率(98.4%～101.5%)良好.

【期刊名稱】《高等學校化學學報》

【年(卷),期】2010(031)011

【總頁數】3頁(P2181-2183)

【關鍵詞】納米探針;G-四聯體;比色檢測;鉛離子

【作 者】莫志宏;高應梅;溫志渝;范艷萍

【作者單位】重慶大學化學化工學院,微系統研究中心,新型微納器件與系統技術國防重點學科實驗室,重慶,400044;重慶大學化學化工學院,微系統研究中心,新型微納器件與系統技術國防重點學科實驗室,重慶,400044;重慶大學化學化工學院,微系統研究中心,新型微納器件與系統技術國防重點學科實驗室,重慶,400044;重慶大學化學化工學院,微系統研究中心,新型微納器件與系統技術國防重點學科實驗室,重慶,400044

【正文語種】中 文

【中圖分類】O657

鉛離子對人體危害嚴重，是環境監測的重要指標.地表水環境質量標準規定Ⅰ類地表水中鉛的限值為48 nmol/L［1，2］.目前，環境水中痕量鉛的檢測方法有分光光度法、原子吸收法、電感耦合等離子體-原子發射光譜/質譜法和電化學法等［3～7］，這些方法需要分離富集，操作繁瑣費時或需配置大型儀器，不利于快速現場檢測.近年來，利用對Pb2+敏感的DNA酶(17E DNAzyme)檢測Pb2+的方法備受關注［8～11］，其原理是將DNA酶或底物鏈用熒光或納米金標記后再將兩者雜交，在Pb2+存在下DNA酶切割底物鏈使其斷開，產生光譜信號變化以實現檢測.該法具有良好的選擇性，但所用底物鏈為RNA，穩定性差.另外，Pb2+與富G寡核苷酸可形成G-四聯體(G4-Pb2+)［12］，由此在富G探針的5'和3'端分別修飾熒光基團及其猝滅基團，在Pb2+作用下形成G4-Pb2+而導致熒光猝滅，可實現Pb2+的檢測［13］.目前利用G4-Pb2+比色法檢測Pb2+尚未見報道.本文基于納米金凝聚比色［14］，采用納米金表面修飾寡核苷酸(末端為4個G)的納米探針，在Pb2+存在下，由于存在空間位阻，只有不同納米探針表面的寡核苷酸結合形成G4-Pb2+使納米探針凝聚變色，建立了簡便靈敏的Pb2+比色檢測方法(Scheme 1).

配制4.8 mmol/L Pb(NO3)2貯備溶液(含32 mmol/L HNO3)，實驗時稀釋成所需濃度的標準工作液;緩沖溶液為Tris-HCl(pH=7.4);氯金酸、檸檬酸三鈉、氯化鈉和氯化鎂為分析純，用水為超純水;寡核苷酸5'-SH-(CH2)6A18GGGG-3'(S1)和5'-(CH2)6ATATATTTAT-3'(S2)購自上海生物工程有限公司.UV-2450型紫外-可見分光光度計(日本島津公司)，TGL-16G型高速冷凍離心機(上海安亭科學儀器廠).

采用檸檬酸鈉還原法［15］制備了直徑為10 nm的納米金(～16 nmol/L);將S1

加入到納米金溶液中［V(納米金)/V(S1)=1/100］，加入10 mmol/L Tris-HCl(終濃度，下同)，于室溫放置48 h后離心除去未結合的S1，得到S1修飾的納米探針(NP).

在水樣中加入3.0 nmol/L NP，10 mmol/L Tris-HCl，0.20 mol/L NaCl及2.0

mmol/L MgCl2，混勻，在37℃下反應15 min后進行光譜測定.

圖1為NP和NP+Pb2+的吸收光譜.可見，在10 mmol/L Tris-HCl(pH=7.4)，0.20 mol/L NaCl及 2.0 mmol/L MgCl2條件下，NP的特征吸收波長為520 nm.向NP中加入Pb2+，因NP與Pb2+形成了G4-Pb2+，產生凝聚使溶液由紅色變為紫紅色，吸收峰變寬，在520 nm處的吸光度降低，長波方向的吸光度也明顯增加，在650 nm處吸光度增加最大，因此可用650與520 nm處吸光度的比值(A650nm/520nm)表示NP的凝聚程度［8］.

實驗發現，在MgCl2存在下Pb2+的檢測靈敏度變化明顯.如圖2所示，在0.20

mol/L NaCl及10 mmol/L Tris-HCl條件下，隨著MgCl2濃度的增大，有鉛和無鉛溶液中NP的凝聚程度都隨之增大，且無鉛溶液凝聚程度的增加趨勢明顯緩于有鉛溶液;當MgCl2濃度為2.0 mmol/L時，有鉛和無鉛條件下兩者凝聚程度差異最大，同時無鉛溶液的凝聚程度也開始明顯增強，因此選用2.0 mmol/L MgCl2以提高靈敏度.

在G4-Pb2+穩定存在的溫度范圍內［12］，選擇在27和37℃下進行對比檢測，結果如圖3所示(ΔA650nm/520nm為相對無鉛的變化值).可見，37℃的靈敏度明顯高于27℃的靈敏度.在37℃時，Pb2+濃度在48～480 nmol/L范圍內與ΔA650nm/520nm呈線性關系，以3倍信噪比(空白標準偏差為0.0039，n=6)計算得到檢出限為4.3 nmol/L.

考察了常見金屬離子對Pb2+檢測的影響.將480 nmol/L Pb2+同200倍的Li+及K+，20倍的Ni2+，Mn2+，Fe2+，Zn2+及 Ca2+，2倍的 Cd2+，Cu2+及

Co2+和1倍的Hg2+進行對照實驗，結果見圖4.由圖4可以看出，除Hg2+有明顯凝聚和干擾外，其它離子對Pb2+的檢測均無明顯影響;為消除Hg2+的干擾，測定前向溶液中加入可特異性結合Hg2+形成T-Hg2+-T的寡核苷酸S2，使Hg2+的干擾得到了有效抑制.

取某蓄電池廠附近河水(不同河段)，過濾除去懸浮顆粒，按實驗方法測定水中Pb2+，測定值分別為48，60和120 nmol/L，同時測定樣品中標準加入(50

nmol/L)的回收率分別為98.4%，101.5%和100.4%，相對標準偏差(RSD)分別為3.0%，2.6%和2.4%.

KeywordsNanoprobe;G-Quartet;Colorimetric detection;Lead ion

【相關文獻】

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AbstractA simple and nsitive detection method for lead ions was developed，bad on

the G-quartet and nanoprobe was prepared by modification of gold

nanoparticles with G-rich oligonucleotides in a lf-asmbled the prence of

Pb2+，G-quartets are formed by G-rich oligonucleotides on the nanoprobes and result in

the aggregation of nanoprobes and a change in the optimal condition of 200

mmol/L NaCl，2.0 mmol/L MgCl2and at 37℃，the linear range was 48—480 nmol/L with

a detection limit of 20 nmol/L for Pb2+.Most metal ions have no interferences，and the

interfering Hg2+can be effectively eliminated by a specific method

was applied for the detection of Pb2+in environmental water samples，with a good

reproducibility(RSD＜3.0%)and recovery(98.4%—101.5%).