海水中重金属污染物的微流控芯片SERS传感技术研究

近年的研究表明，与核酸只作为遗传信息存储和转运载体的传统认识不同，核酸适体（即单链DNA或RNA）可以不依赖于生物体或细胞环境，能够藉自身形成的空间结构多样性与其它类型的靶标分子特异性结合，对包括金属离子、有机小分子、生物分子等在内的各类靶物质具有特异识别作用，从而可以发展多种新颖的分析传感技术；将核酸适体与贵金属（金或银）纳米粒子溶胶结合，并利用贵金属纳米粒子溶胶的表面增强拉曼散射（SERS）特性和混合型微流控芯片，发展基于微流控芯片的"核酸适体-金属纳米粒子溶胶"SERS探针分析技术。实现"核酸适体-金属纳米粒子溶胶"对海水中低检出限重金属污染物靶标分子高灵敏度、高选择性、简便快速的识别与检测。丰富环境分析科学和微流控芯片的研究内容。

本项目拟通过对基于核酸适配体、小分子配体和纳米材料技术的表面增强拉曼散射（SERS）及相关分析传感研究，发展复杂基质中污染物的高灵敏度，高选择性，简便快速的分析新技术。重点在3个方面开展研究：1）基于具有光学特性的贵金属纳米材料和分子荧光探针的污染物检测传感器；2）基于微纳流体分析技术的复杂基质样品前处理的新方法和新材料；3）面向重金属等检测的微生物材料筛选和研发。主要成果总结如下：.1）无机贵金属纳米传感器及其分子探针修饰试剂等17种。可用于特征环境污染物快速、超痕量、高选择性检测。主要包括：功能化金纳米棒Hg2+，S2-，抗坏血酸比色传感器，基于金纳米粒子表面催化化学反应的Hg2+，Ag+，Cu2+比色传感器，基于有机配体功能化金、银纳米粒子的As3+，三聚氰胺SERS传感器，基于金纳米粒子-石墨烯复合材料的催化反应的Pb2+荧光传感器，以及Cu2+、Fe3+荧光探针等。.2）典型污染物的样品前处理新技术和新材料。开展多壁碳纳米管为填料的固相萃取技术、液相微萃取、衍生化顶空固相微萃取与分散液液微萃取等高效样品前处理技术，并结合色谱/质谱检测手段分析，实现了对海水中多环芳烃、地表水中嗅味物质、磺胺类药物残留、硅藻中的醛类等典型污染物的快速、高通量、高灵敏的检测。开发了高选择性富集分子印迹材料3种，并用于测试样品中痕量污染物浓缩和色谱分离检测。对选择的阿特拉津、胆固醇等模型化合物已经可以成功富集测定。.3）用于检测污染物的生物材料2种和具有污染物降解功能的微生物8种。可用于重金属、有机物的快速灵敏检测及环境污染物的降解。重点发展了利用来源于铜绿假单胞菌的荧光铁载体发展呋喃唑酮的快速荧光检测方法，以及利用来源于奇异变形杆菌的谷胱甘肽S转移酶发展了Cu2+的紫外检测法。微生物降解污染物分子机制的研究不仅能够阐明污染物的代谢途径，而且能够提供可用于污染物检测的新型生物材料，发展污染物的生物检测方法。.在本项目和“百人计划”项目资助下，已发表SCI收录论文30余篇，其中影响因子IF>5的有13篇，IF>20有2篇，他引300余次。相关研究成果已申报发明专利3项，授权1项。项目组成员徐守芳获教育部2011年度“博士研究生学术新人奖”（其中中科院研究生院10人）和2012年度中国科学院院长特别奖，于春伟获得2011年度中国科学院“朱李月华优秀博士奖” 。