一种基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法及应用

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]随着工农业的快速发展，重金属污染因其分布广泛
、
蓄积性和高毒性等特征已成为严重威胁人类健康和生态系统的问题
。
铅通常经呼吸道和口腔进入人体，无法代谢及生物降解，是毒性最强
、
危害性最持久的重金属离子之一
。
即使暴露于极低水平的铅环境也会导致许多健康问题，包括神经损伤
、
心血管损伤
、
肾功能障碍
、
生育能力下降等
。
特别是，铅会损害儿童大脑正常发育，如记忆丧失
、
易怒
、
贫血和智力迟钝
。
美国环境保护署
(EPA)
和世界卫生组织
(WHO)
规定饮用水中
Pb
2+
的浓度限值分别为
72 nM
和
48 nM。
有学者在水果和蔬菜样品中发现
Pb
2+
、Cd
2+
及
Hg
2+
等重金属离子共存，浓度较多在
100~200 nM
范围内
。
因此，迫切需要开发灵敏有效的方法对污染样品中的
Pb
2+
进行分析
。<br/>目前，常采用原子吸收光谱
、
电感耦合等离子体质谱
、
电感耦合等离子体原子发射光谱以及高效液相色谱对
Pb
2+
进行检测
。
上述传统检测方法可以提供良好的灵敏度，但依赖大型精密仪器，存在着操作费时费力
、
仪器昂贵复杂
、
无法实时检测等缺点
。
因此，从实际应用的角度来看，建立灵敏
、
可靠
、
便捷的检测方法具有重大意义
。
[0003]电化学传感器进行定量分析时具备灵敏度高
、
仪器操作简单
、
成本较低的优点，但往往存在不稳定的情况
。
为了进一步提高检测性能，常引入功能核酸作为靶标识别元件，其选择性好
、
生物稳定性高
、
设计灵活
。
目前，基于功能核酸的电化学方法检测重金属离子逐渐成为研究热点
。
此外，人们开发了各种信号放大策略，比如
CHA
（催化发夹自组装）
、HCR
（杂交链式反应）
、RCA
（滚环扩增）以及酶辅助的信号放大方法等
。
其中，
CHA
作为一种无酶的等温信号放大方法，设计简单，经济高效，受到了广泛关注
。
金属纳米复合材料因其可调的纳米尺寸
、
多样的结构
、
高孔隙率
、
导电性好等特点而被应用于电化学检测研究中
。
它们不仅可以承载电化学信号标签，而且能够作为生物分子的固定基质，同样可以起到信号放大的作用
。
[0004]本专利技术针对现有检测技术存在的如稳定性差等问题，首先引入磁分离技术，减小了假阳性信号的干扰；其次，利用金属纳米复合材料承载更多信号标签，可有效放大电化学信号；最后，巧妙利用催化发夹组装策略，实现信号的进一步扩增
。
基于本专利技术的电化学传感策略在克服了以上现有技术存在问题的同时，具有灵敏度高
、
选择性好
、
稳定性优，便捷经济的特点，有利于专利技术的推广应用
。

技术实现思路

[0005]一种基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法，按照以下步骤进行：
（1）金属纳米复合材料的制备：采用一锅溶剂热法进行制备，首先将过渡金属氯化物和月桂酸溶解于二甲基甲酰胺中并超声混合
。
之后，加入氨基
‑
苯二甲酸并超声处理
。
将上述混合溶液转移到高压反应釜中过夜孵育，高速离心收集产物，依次用
N, N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇冲洗以除去未反应的溶剂，真空干燥至恒重即得过渡金属有机框架纳米材料
。
采用氧化还原法在上述纳米材料上原位生成贵金属纳米粒子，首先将上述纳米材料超声分散在水中
, 并加入贵金属溶液混合均匀，之后加入还原剂并充分搅拌，高速离心，干燥至恒重即得金属纳米复合材料
。
[0006]（2）金属纳米复合材料表面修饰
HP2
及信号标签：将上述制备的金属纳米复合材料分散在信号标签溶液中，并用磁力搅拌器混合过夜，将所得产物高速离心并用缓冲液洗涤以去除物理吸附的信号标签
。
之后加入
HP2
，
4 ℃
下搅拌过夜，同样高速离心并用缓冲液洗涤以去除未结合的
HP2
，即得表面修饰
HP2
及信号标签的金属纳米复合材料
。
[0007]（3）
MBs@ S
‑
DNA/E
‑
DNA
体系的制备：通过
S
‑
DNA
上的生物素与磁珠（
MBs
）表面包被的链霉亲和素之间的强结合作用将
S
‑
DNA
负载在
MBs
上，然后
E
‑
DNA
以
DNA
步行器的方式与
S
‑
DNA
碱基互补配对形成双链结构，磁分离并用缓冲液洗涤，去除上清液后即成功构建
MBs@ S
‑
DNA/E
‑
DNA
体系
。
[0008]（4）电化学传感器的构建：向
MBs@ S
‑
DNA/E
‑
DNA
体系中添加含
Pb
2+
的标准溶液，
Pb
2+
‑
DNAzyme
被激活，
S
‑
DNA
的
rA
位点被裂解并释放出单链
DNA
，同时，被释放的
E
‑
DNA
作为步行链继续与下一个
s
‑
DNA
结合，最终剪切下更多的单链
DNA
，磁分离后吸取上清液
。
修饰有巯基的
HP1
通过金
‑
硫键结合在金电极表面，并将上清液滴加在电极上，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用一锅溶剂热法将过渡金属氯化物和有机配体制备得到过渡金属有机框架，加入贵金属溶液和还原剂，获得具有良好生物相容性和高孔隙率的金属纳米复合材料，在上述复合材料表面修饰信号标签和
HP2
可获得电化学信号探针，相比单一的金属有机框架材料，进一步在其表面原位生成金属纳米颗粒，可制备出金属纳米复合材料；（2）目标物铅离子的识别过程：通过链霉亲和素与生物素的强结合力将具有
DNA Walker
形式的
DNAzyme
结构固载在
MBs
表面，
Pb
2+
的存在将
DNAzyme
激活，
S
‑
DNA
的
rA
位点被裂解并剪切下单链
DNA
，同时被释放的
E
‑
DNA
作为
Walk
链继续与下一个
S
‑
DNA
结合，最终获得大量单链
DNA
，在常见的
Pb
2+
‑
DNAzyme
的基础上，改进为
Pb
2+
‑
DNAzyme
介导的双足
DNA Walker
；（3）电化学传感器的构建：将磁分离后的上清液滴加在修饰有
HP1
的金电极表面，单链
DNA
作为引发链启动
CHA
循环反应，使得大量信号探针被连接到电极表面，利用差分脉冲伏安法检测电化学信号实现
Pb
2+
的定量检测，相比普通的电化学传感器构建策略，在电极上引入无酶信号扩增策略
CHA
循环
。2.
根据权利要求1所述的基于金属纳米复合材料灵敏检测铅离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的过渡金属氯化物为四氯化锆
、
氯化铜
、
氯化镍中的一种或多种；所述的有机配体为氨基
‑
苯二甲酸
、
月桂酸
、
对苯二甲酸
、
二甲基咪唑中的一种或多种；所述的贵金属溶液为四氯金酸
、
醋酸钯
、
硝酸铑中的一种或多种...

【专利技术属性】
技术研发人员：金华丽，梁瑞瑞，白天，董洁，郭蕊，索志光，卫敏，何保山，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：