基于金属纳米簇的非标记型微囊藻毒素适体荧光生物传感器的研制

Concer about the effects of cyanobacteria bloom on water pollution, and in particular drinking water and health has grown in many countries. This project will develop a label-free aptamer-based fluorescence biosensor for detection of microcystin-LR using metal nanoclusters. Microcystins-(leucine-arginine) in water environment and aquatic organisms is selected as the analytical model. The DNA aptamer with specific recognition for specific MC-LR is used as molecular recognition materials and signal transduction components. Metal nanocluster-based fluorescence probe with excellent performance is prepared using DNA template method. The integration of nucleic acid amplification technology and UV-vis, fluorescence and resonance energy transfer offers a novel optical analytical method for high sensitivity, selectivity, accurate, fast and real-time on-line detection of MC-LR. The developed optical biosensors with potential application provide an excellent avenue for rapid and in-situ detection of MC-LR in water environment and aquatic products. It is the important significance to environmental and life analytical chemistry.

针对全球所关注的蓝藻水华所引起的水污染尤其是饮用水源污染问题，本项目提出基于金属纳米簇的非标记型微囊藻毒素荧光适体生物传感器。以水体环境和水生物体内的微囊藻毒素-（亮氨酸-精氨酸）（Microcystin-(leucine-arginine), MC-LR）为分析对象，以能特异性识别特定MC-LR的DNA适体为分子识别物质和信号转导元件，通过DNA作为模板制备性能良好的金属纳米簇作为荧光探针，结合核酸放大技术，以紫外-可见、荧光、能量共振转移为检测手段，建立高灵敏度、高选择性、准确、快速、实时在线检测MC-LR的光学分析新方法和研制具有潜在实用价值的MC-LR光学传感器件，为灵敏、快速的检测MC-LR提供良好的分析方法，为实现水体环境和水产品中MC-LR在污染现场的快速检测提供新的技术手段，对环境分析化学和生命分析化学均具有重要的意义。

微囊藻毒素是一种能够造成动物中毒和影响人类健康的淡水蓝细菌肝毒素，有强烈的致肝癌作用，其中最常见和毒性最高的是微囊藻毒素-(亮氨酸-精氨酸)（Microcystin-(leucine-arginine)，MC-LR)。随着水体富营养化的日益加剧，由蓝藻水华爆发引起的微囊藻毒素污染已经成为一个全球关注的环境问题和卫生问题。水体MC-LR的含量已被多个国家和组织作为衡量水质标准的一个重要指标。因此，灵敏、准确、快速测定天然水体中微囊藻毒素的含量，对于了解和探索蓝藻水化在自然水体中的爆发和发展规律，为制定有效的防治措施并进行污染水体的监测、保护和治理具有极其重要的意义。本项目主要开展了以下几个方面的研究：一是以双链DNA和发卡DNA为模板，合成具有荧光强度的金属铜纳米簇CuNCs，构建荧光探针用于微囊藻毒素-LR的检测。研究了DNA与铜纳米簇结合的条件及影响铜纳米簇荧光信号强弱的条件。该传感器具有较高的灵敏度和较低的检出限，可用于实际水体中微囊藻毒素-LR的检测。二是以微囊藻毒素-LR适体链Apt和互补链cDNA构建银纳米簇AgNCs荧光探针用于微囊藻毒素-LR的检测。探究了互补链cDNA和实验条件对银纳米簇荧光性能的影响，研究了传感器的检测性能，开展了金属纳米簇及光学传感器的理论和实验研究。三是基于MoS2纳米复合材料和不同抗体标记构建电化学免疫传感器，用于水体中微囊藻毒素-LR的高灵敏和快速检测。研究了MoS2纳米复合材料性质和不同抗体标记方法对电化学检测性能的影响。实验结果表明，所构建的两类荧光和电化学传感器制备简单，性能良好，选择性高，有望用于实际环境水体和食品行业中微囊藻毒素的检测。