基于功能化核酸的金属污染物无线传感方法研究

铅、汞、铀等毒性极大的金属污染物带来的环境质量下降、生态平衡破坏以及公众健康危害，引起了人们的极大关注。建立实时、原位、简便、灵敏的监测多种金属污染物的新方法具有重要意义。功能化核酸是通过体外筛选技术得到的小分子单链DNA或RNA，能以高亲合力同相应靶物质作用。基于磁致伸缩原理设计的无线磁弹性传感检测方法，传感元件与检测仪器之间无任何物理连接，是一种优秀的非接触式无线传感检测技术。本申请旨在建立基于功能化核酸的检测多种金属污染物的两种无线磁弹性传感方法：①石墨烯修饰无线传感检测多种金属污染物的分子识别和方法学研究；②无线传感偶合化学计量学同时检测铅、汞和铀的新方法研究；同时，进一步探讨功能化核酸与石墨烯、金属离子的分子识别机制。为基于功能化核酸的无线磁弹性传感器的构建与应用提供理论依据，为铅、汞和铀等重金属污染物的环境监测和治理以及重金属的毒性效应机制的研究提供新方法和新技术。

铀、 汞、铅等重金属污染物对人们身体健康的危害已经受到了广泛关注。因此, 建立简便、灵敏、实时、原位监测多种金属污染物的新方法具有重要意义。本研究主要进行了三方面的工作：①基于功能化核酸的金属污染物无线 （生物）传感方法研究。一是建立了铀特异性DNA酶和核酸适体分别测定铀酰离子的无线磁弹性传感方法、共振光散射方法和氧化石墨烯降低背景及RCD酶酶链循环信号放大超灵敏检测方法。二是基于链霉亲和素和金纳米双重信号放大无线磁弹性传感测定汞污染物的新方法。三是基于凝血酶适体-Pb(II)-hemin模拟酶催化显色法和吖啶橙-金纳米表面能量转移抑制荧光法测定铅离子的新方法。无线磁弹性传感方法避免了实验人员与有毒物质近距离长期接触，利于保护实验人员身体健康。新建方法选择性好，灵敏度高，检出限低于已报道的方法；仪器价廉、便于携带，可现场实时、原位监测操作；机制的研究为本方法的广泛应用奠定了理论基础；本研究提出的策略可以扩展到其它金属离子的测定，具有一定的普适性，可望建立多种金属离子同时测定的无线磁弹性传感分析平台。②基于功能化核酸的汞污染物及其重金属标志物-金属硫蛋白（MTs）生物传感方法研究。主要包括功能化嵌合适体构象转变和汞介导的适体信标双通道测定汞和金属硫蛋白的新方法，以及金属硫蛋白的荧光、共振光散射和比色检测新方法。本研究首次构建了以T-(II)-T结构作为猝灭基团的汞介导的适体分子信标和富T序列-裂分G-四链体功能化嵌合适体，研究了构象转换机制。提出的策略可用于重金属和硫醇类化合物的多通道同时测定。③基于功能化核酸的8-羟基脱氧鸟苷的测定方法研究。一是首次构建了金纳米-核酸适体共振光散射测定8-羟基脱氧鸟苷的超灵敏生物传感方法。检出限达皮摩尔水平；首次研究证明了8-羟基脱氧鸟苷与核酸适体相互作用的机制，为8-羟基脱氧鸟苷适体的进一步应用奠定了理论基础。二是构建了金纳米-核酸适体比色传感测定8-羟基脱氧鸟苷的生物传感方法。无需任何仪器，裸眼即可观测结果，与其它比色法相比，检出限降低了2~3个数量级。三是基于hemin-ABTS-H2O2建立了光度法测定8-OHdG的新方法。检出限达141 pM。无需标记，成本低廉，特异性强，灵敏度高。四是基于K+-稳定G-四链体构象转换荧光适体传感测定 8-OHdG 。仅需一种适体探针和染料NMM, 不需标记,具有广泛应用应用前景。