用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器及检测方法技术

本发明专利技术涉及用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器及检测方法，传感器的制备方法为：在Si棱柱表面沉积Au NPs以提供增强的红外吸收信号，再通过Au‑S键自组装法将阿特拉津适配体结合到红外检测基底表面，最后利用MCH阻断剩余位点，制得MCH/Aptamer/Au NPs/Si核酸适配体红外光谱传感器。与现有技术相比，本发明专利技术采用核酸适配体作为识别元件，大大提高了传感器的选择性，采用衰减全反射红外吸收光谱作为定量检测依据，不仅能提供分子的结构信息，而且其近场效应和表面增强效应，能够有效增强传感器检测的灵敏度，实现在分子水平上的检测，检测限低至30pM，检测方法快速简便，可用于痕量有机污染物的检测分析。

Infrared spectrum sensor and detection method of aptamer for ATZ detection

【技术实现步骤摘要】
用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器及检测方法
本专利技术属于环境污染物分析与光谱分析
，涉及一种用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器及检测方法。
技术介绍
三嗪类除草剂作为农药类内分泌干扰物中占比最大的一类，该化合物及其降解产物在水体中的大量残留给生物体健康和生态环境造成了巨大的威胁和破坏。其中，阿特拉津(ATZ)因使用量大、稳定性强、在水体中残留时间较长，被认为是一种最具污染力的三嗪类除草剂，ATZ在体内的大量积累会严重影响中枢神经系统、内分泌系统和免疫系统的作用，具有潜在的致癌性，世界各国都已对作物、土壤及地表水中ATZ的残留量作出了明确的限量标准，我国《地表水环境质量标准》明确规定在地表水中ATZ的最高允许浓度为3μg/L。因此，实现对水体中ATZ的快速、灵敏及高效分析检测具有重要的现实意义。目前，ATZ的分析检测方法主要包括仪器分析方法(HPLC、GC-MS、HPLC-MS等)、电化学传感分析、光电分析方法等，但传统的仪器分析方法往往存在着样品前处理比较繁琐、分析周期较长、操作过程复杂、检测灵敏度较低等不足，而电化学和光电化学分析在一定程度上解决了仪器分析中检测灵敏度较低、操作复杂等问题，但仍很难实现在分子水平上对目标物的实时定量分析检测。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种对ATZ具有高灵敏度、高选择性、操作简单、能在分子水平上实现对ATZ定量分析检测的用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器及检测方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：1)采用Si棱柱作为红外光窗，并在预处理后的Si棱柱表面沉积Au纳米粒子，制得AuNPs/Si红外信号增强基底；2)通过Au-S键自组装法将阿特拉津适配体结合到AuNPs/Si红外信号增强基底表面，并利用MCH阻断Au表面剩余的活性位点，制得MCH/Aptamer/AuNPs/Si核酸适配体红外光谱传感器。进一步地，步骤1)中，Si棱柱的预处理过程为：先依次用粒径为1.0μm、0.3μm、0.05μm的Al2O3抛光粉对Si棱柱进行物理抛光，并依次置于水、丙酮、水中超声清洗，后将Si棱柱置于食人鱼溶液中浸泡，再用高纯水超声清洗，在N2气氛下吹干，得到表面亲水的Si棱柱；将表面亲水的Si棱柱置于NH4F水溶液中浸泡90-100s，用高纯水冲洗后在N2气氛下吹干，得到预处理后的Si棱柱。进一步地，所述的Si棱柱为(1.8-2.2)cm×(2.3-2.7)cm反射面的半圆柱棱镜，所述的NH4F水溶液中，NH4F的质量分数为35-45％。进一步地，步骤1)具体为：1-1)向Au化学镀液中加入HF(40wt％)并混合均匀，之后将预处理后的Si棱柱浸入Au化学镀液中，并在55-58℃下浸没反射平面，反应3-5min；1-2)用王水将Si棱柱表面的Au膜溶解，并用高纯水对Si棱柱进行清洗后，再次将Si棱柱浸入Au化学镀液中进行二次施镀，得到AuNPs/Si棱柱；1-3)将AuNPs/Si棱柱与光谱电解池组装，在H2SO4溶液(0.5mol/L)中，采用循环伏安扫描方法进行清洗，即得到所述的AuNPs/Si红外信号增强基底。进一步地，步骤1-1)中，所述的Au化学镀液的配制方法为：向HAuCl4溶液中加入NaOH，超声分散溶解后，继续加入Na2SO3、Na2S2O3·5H2O及NH4Cl固体，并使HAuCl4、NaOH、Na2SO3、Na2S2O3及NH4Cl的浓度分别为0.025-0.035mol/L、0.05-0.15mol/L、0.25-0.35mol/L、0.08-0.12mol/L及0.08-0.12mol/L；之后调节pH值为9-10，混合均匀后即得到所述的Au化学镀液。Au化学镀液使用时，将所配制的Au化学镀液与高纯水以1:3的体积比进行稀释后取用。进一步地，步骤2)具体为：2-1)向5μmol/L阿特拉津核酸适配体溶液中加入TCEP还原二硫键，得到还原后的核酸适配体溶液；2-2)将AuNPs/Si红外信号增强基底与光谱电解池组装，并在光谱电解池中加入的还原后的核酸适配体溶液，孵育12-48h后，制得Aptamer/AuNPs/Si红外传感界面；2-3)加入MCH溶液(0.3mmol/L)并静置25-35min，使MCH占据AuNPs表面剩余的吸附位点，避免ATZ的非特异性吸附，之后再利用PBS缓冲溶液进行清洗，即得到所述的MCH/Aptamer/AuNPs/Si核酸适配体红外光谱传感器。用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器，该传感器采用所述的方法制备而成。进一步地，所述的传感器用于检测水环境中的ATZ浓度。采用核酸适配体红外光谱传感器对水环境中的ATZ进行检测的方法，该方法为：在N2氛围下，向MCH/Aptamer/AuNPs/Si核酸适配体红外光谱传感器表面加入PBS缓冲液并静置20-30min，待收集背景后，将一系列不同浓度的ATZ标准缓冲液(含有ATZ标准溶液及PBS缓冲液)加入至MCH/Aptamer/AuNPs/Si核酸适配体红外光谱传感器表面并作用55-65min，待饱和吸附后再进行红外光谱测定，根据ATZ红外特征吸收峰的强度与ATZ标准缓冲液中ATZ浓度的对数关系绘制工作曲线，之后根据绘制的工作曲线，在相同条件下，对水环境中的ATZ进行检测。对该核酸适配体红外光谱传感器进行选择性测定，方法为：将其他含干扰物质的溶液加入到PBS缓冲溶液中，并对该传感器作用60min，采用上述同样方法、在相同条件下进行红外光谱测定，研究在ATZ特征吸收峰位置的强度变化，考察核酸适配体红外光谱传感器的选择性能。所述的干扰物质为草甘膦、啶虫脒。衰减全反射表面增强红外光谱技术(ATR-SEIRAS)通过在红外光窗表面修饰贵金属纳米粒子，可以明显增强红外光谱信号，即获得表面增强红外吸收效应(SEIRAS)。与传统红外光谱相比，其具有更高的检测灵敏度，可以检测到pM浓度下的红外信号变化，在进行定量分析检测的同时还可以获得分子的结构信息。在衰减全反射模式下，倏逝波只存在于低折射率空间中，并且随着与增强界面间距离的增加而呈指数衰减，即只能检测到吸附在增强界面上的分子的红外吸收信号，从而避免了本体溶液的信号干扰，为目标物的实时检测提供了有效的平台。核酸适配体(aptamer)又称“人工抗体”，是一类通过指数富集配体系统进化技术(SELEX)在体外筛选得到的单链DNA或RNA片段，长度一般为20-100个核苷酸，能与相应配体专一而紧密地结合，从而实现对目标分子的特异性检测。将适配体作为识别单元，具有尺寸小、亲和性好、易于人工合成和修饰、稳定性强、在基底上固定操作简单、用于检测小分子时检测限低等优点。因此，本专利技术将衰减全反射表面增强红外光谱技术与具有特异性识别功能的阿特拉津核酸适配体结合，构筑用于检测ATZ的核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n1)采用Si棱柱作为红外光窗，并在预处理后的Si棱柱表面沉积Au纳米粒子，制得AuNPs/Si红外信号增强基底；/n2)通过Au-S键自组装法将阿特拉津适配体结合到Au NPs/Si红外信号增强基底表面，并利用MCH阻断Au表面剩余的活性位点，制得MCH/Aptamer/Au NPs/Si核酸适配体红外光谱传感器。/n

【技术特征摘要】
1.用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)采用Si棱柱作为红外光窗，并在预处理后的Si棱柱表面沉积Au纳米粒子，制得AuNPs/Si红外信号增强基底；
2)通过Au-S键自组装法将阿特拉津适配体结合到AuNPs/Si红外信号增强基底表面，并利用MCH阻断Au表面剩余的活性位点，制得MCH/Aptamer/AuNPs/Si核酸适配体红外光谱传感器。


2.根据权利要求1所述的用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，Si棱柱的预处理过程为：先用Al2O3抛光粉对Si棱柱进行物理抛光，超声清洗后将Si棱柱置于食人鱼溶液中浸泡，后经清洗、干燥，得到表面亲水的Si棱柱；将表面亲水的Si棱柱置于NH4F水溶液中浸泡，后经清洗、干燥，得到预处理后的Si棱柱。


3.根据权利要求2所述的用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，所述的Si棱柱为(1.8-2.2)cm×(2.3-2.7)cm反射面的半圆柱棱镜，所述的NH4F水溶液中，NH4F的质量分数为35-45％。


4.根据权利要求1所述的用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：
1-1)向Au化学镀液中加入HF并混合均匀，之后将预处理后的Si棱柱浸入Au化学镀液中，并在55-58℃下浸没反射平面，反应3-5min；
1-2)用王水将Si棱柱表面的Au膜溶解，并对Si棱柱进行清洗后，再次将Si棱柱浸入Au化学镀液中进行二次施镀，得到AuNPs/Si棱柱；
1-3)将AuNPs/Si棱柱与光谱电解池组装，在H2SO4溶液中，采用循环伏安扫描方法进行清洗，即得到所述的AuNPs/Si红外信号增强基底。


5.根据权利要求4所述的用于检测ATZ的核酸适配体红外光谱传感器的制备方法，其特征在于，步骤1-1)中，所述的Au化学镀液的配制方法为：向HAuCl4溶液中加入N...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梅川，孙欢欢，孙彩琴，丁雪，赵国华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31