發(fā)布時(shí)間：2018-08-03 09:39

【摘要】：重金屬污染指由重金屬或其化合物形成的環(huán)境污染,主要來源于工業(yè)污染,交通污染和生活垃圾污染等。生活中不少有機(jī)化合物能夠通過自身物理的、化學(xué)的或生物的凈化,使有害性降低或解除,但是重金屬污染與有機(jī)化合物的污染不同,重金屬污染很難在環(huán)境中降解。這些重金屬通過水、空氣、土壤等途徑進(jìn)入動植物體內(nèi),最終通過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi),在人體內(nèi)能與蛋白質(zhì)及各種酶產(chǎn)生劇烈的相互作用,使蛋白質(zhì)或酶失去活性;也可能在人體的某些器官中富集,假如超過人體所能承受的限制,會造成人身體不適或中毒等。傳統(tǒng)的重金屬檢測方法主要有原子吸收光譜(Atomic Absorption Spectroscopy,AAS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry,ICP-MS)、熒光法(fluorescence)等,盡管這些方法的靈敏度高,但通常需要大型儀器、復(fù)雜的樣品前處理、專業(yè)的人工操作技能、耗時(shí)耗力。因此,研究高靈敏度、高特異性、操作簡單的重金屬離子檢測方法受到高度關(guān)注,目前學(xué)者們對檢測重金屬離子進(jìn)行了廣泛的研究,期望對環(huán)境及食品中重金屬離子能夠快速高效的檢測。功能核酸指能與特定目標(biāo)高特異性結(jié)合、或者具有催化功能的核酸。本文運(yùn)用具有催化活性的DNAzyme和基于T-Hg~(2+)-T配合物的雙鏈DNA作為特異性識別元件,在電化學(xué)交流阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)、石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)和計(jì)時(shí)電量(Chronocoulometry)高靈敏的電化學(xué)平臺上,成功構(gòu)建了檢測Cu~(2+)和Hg~(2+)的高靈敏生物傳感器,為食品和環(huán)境中銅和汞的檢測提供了快速、簡便、經(jīng)濟(jì)的分析方法。研究內(nèi)容如下:1.基于DNAzyme和電化學(xué)阻抗高靈敏檢測Cu~(2+)生物傳感器的研究設(shè)計(jì)及研究了一種基于DNAzyme和電化學(xué)阻抗(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)的簡單、無標(biāo)記的檢測水溶液中Cu~(2+)生物傳感器。將帶有巰基的Cu~(2+)特異識別的DNAzyme通過Au-S鍵自組裝在金電極的表面,當(dāng)Cu~(2+)存在時(shí),DNAzyme鏈被切斷,可以觀察到由于電子傳遞而影響的電阻強(qiáng)度變化,阻抗信號的變化與Cu~(2+)濃度有關(guān)。此傳感器顯示出高靈敏度和選擇性,檢測限為5nM,遠(yuǎn)低于美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)規(guī)定的Cu~(2+)濃度(~20nM)。同時(shí)其他金屬離子,例如Ca~(2+),Mg~(2+),Mn~(2+),Cr3+,Pb~(2+),Zn~(2+),Co~(2+),和Ni~(2+)對Cu~(2+)的檢測幾乎沒有影響。2.基于DNAzyme與石英晶體微天平檢測水溶液中Cu~(2+)生物傳感器的研究石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)檢測法簡便、極速、實(shí)時(shí)測定,是一種能夠檢測納克級質(zhì)量變化的超高靈敏技術(shù),因此成為化學(xué)領(lǐng)域和分子生物學(xué)的有效手段之一。本章以Cu~(2+)特異識別的DNAzyme為元件,在QCM平臺上設(shè)計(jì)了一種快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)時(shí)檢測水溶液中Cu~(2+)的生物傳感器。運(yùn)用自組裝法將雙鏈DNA固定在晶片電極表面,在室溫下能被Cu~(2+)在切割位點(diǎn)處切斷。由于晶片表面的質(zhì)量發(fā)生了變化,QCM可以很靈敏地檢測到共振頻率發(fā)生改變,△F值與Cu~(2+)濃度成正比,體系檢測限為3nM。同時(shí)其他金屬離子,如Co~(2+),Ni~(2+),Mg~(2+),Zn~(2+),Ca~(2+)、Mn~(2+)和Pb~(2+)對Cu~(2+)的檢測沒有影響。此生物傳感器表現(xiàn)出很高的靈敏度和選擇性,有望應(yīng)用于食品和環(huán)境中Cu~(2+)的測定。3.基于DNA雙鏈電荷轉(zhuǎn)移的Hg~(2+)電化學(xué)生物傳感器的研究基于DNA雙鏈電荷轉(zhuǎn)移原理,利用胸腺嘧啶(thymine)與Hg~(2+)的特異性識別和計(jì)時(shí)電量法構(gòu)建了一種高靈敏檢測水溶液中Hg~(2+)的電化學(xué)生物傳感器。該傳感器將含有1個(gè)T-T堿基錯配對的DNA互補(bǔ)雙鏈通過Au-S鍵自組裝在金電極表面,運(yùn)用計(jì)時(shí)電量法在含有亞甲基藍(lán)的鐵氰化鉀溶液中進(jìn)行測定。T-T錯配阻斷了DNA雙鏈內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移,而Hg~(2+)通過T-Hg~(2+)-T配位作用與雙鏈DNA特異性結(jié)合并形成DNA雙鏈內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移通路,引起電極表面計(jì)時(shí)電量的變化。計(jì)時(shí)電量測定結(jié)果顯示:在亞甲基藍(lán)的還原峰電位(-380 mV)附近,計(jì)時(shí)電量隨著溶液中的Hg~(2+)濃度的增大而增加,Hg~(2+)濃度在1.0 nM~104 nM范圍內(nèi),計(jì)時(shí)電量的變化量與Hg~(2+)濃度的對數(shù)呈良好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)(R2)為0.995,檢測限為0.5 nM(S/N=3)。干擾實(shí)驗(yàn)表明,該傳感器對Hg~(2+)具有良好的特異性和選擇性。
[Abstract]:Heavy metal pollution refers to the environmental pollution caused by heavy metals or their compounds, mainly from industrial pollution, traffic pollution and domestic waste pollution. Many organic compounds in life can reduce or remove harmful effects through their own physical, chemical or biological purification, but the pollution of heavy metals and organic compounds is not polluted. In the same way, heavy metal pollution is difficult to degrade in the environment. These heavy metals enter the animal and plant through water, air and soil, and eventually enter the body through the food chain. In the human body it can produce violent interaction with protein and various enzymes to make protein or enzyme inactive; it may also be enriched in some organs of the human body. More than the human body can bear restrictions, it makes adult physical discomfort or poisoning. Traditional methods of detection of heavy metals include Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), inductively coupled plasma mass spectrometry (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS), fluorescence (fluorescence), etc., despite these methods It is highly sensitive, but usually requires large instruments, complex sample pretreatment, professional manual operation skills, time consuming and energy consumption. Therefore, high sensitivity, high specificity, simple operation of heavy metal ion detection methods have been highly concerned. At present, scholars have studied the detection of heavy metal ions widely and expect to be in the environment and food. Heavy metal ions can be detected quickly and efficiently. Functional nucleic acids refer to high specific binding to specific targets, or nucleic acids with catalytic functions. In this paper, a double stranded DNA with catalytic activity DNAzyme and T-Hg~ (2+) -T complexes as a specific identification element is used in electrochemistry AC impedance spectroscopy (Electrochemical Impedance Spectro). Scopy, EIS), quartz crystal microbalance (Quartz Crystal Microbalance, QCM) and high sensitive electrochemistry (Chronocoulometry) electrochemistry platform, a highly sensitive biosensor for detection of Cu~ (2+) and Hg~ (2+) was successfully constructed to provide rapid, simple and economical analysis methods for the detection of copper and mercury in food and environment. 1 Based on the high sensitivity detection of Cu~ (2+) biosensor based on DNAzyme and electrochemical impedance, a simple, unmarked Cu~ (2+) biosensor based on DNAzyme and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to detect the Cu~ (2+) biosensor in a aqueous solution. The bond is self assembled on the surface of the gold electrode. When Cu~ (2+) exists, the DNAzyme chain is cut off. The change of resistance intensity influenced by electron transfer is observed. The change of the impedance signal is related to the concentration of Cu~ (2+). The sensor shows high sensitivity and selectivity, and the detection limit is 5nM, far below the Cu~ (2+) concentration specified by the US Environmental Protection Agency (EPA). Degree (~20nM). At the same time other metal ions, such as Ca~ (2+), Mg~ (2+), Mn~ (2+), Cr3+, Pb~ (2+), Zn~ (2+), Zn~ (2+), and quartz crystal microbalance detection of biosensor in aqueous solution In this chapter, Cu~ (2+) specific DNAzyme as component, a fast, economical and real-time biosensor for detecting Cu~ (2+) in aqueous solution is designed on the QCM platform. The double stranded DNA is immobilized on the surface of the wafer electrode by the self assembly method. At room temperature, Cu~ (2+) can be cut off at the cutting site. Because the mass of the wafer surface changes, the QCM can be sensitive to detect the resonance frequency change. The delta F value is proportional to the Cu~ (2+) concentration, and the body system detection is limited to 3nM. and other metal ions, such as Co~ (2+), Ni~ (2). +), Mg~ (2+), Zn~ (2+), Ca~ (2+), Mn~ (2+) and Pb~ (2+) have no effect on the detection of Cu~ (2+). This biosensor shows high sensitivity and selectivity, and is expected to be applied to food and environment. An electrochemical biosensor for high sensitivity detection of Hg~ (2+) in aqueous solution is constructed by the specific identification of adenourine (thymine) and Hg~ (2+). The biosensor will contain 1 T-T base mismatched pairs of DNA complementary double chains assembled on the gold electrode surface through Au-S bonds, and the methylene blue contains iron cyanidation by the chronoelectric method. The determination of.T-T mismatch in the potassium solution blocks the internal charge transfer of DNA double strands, while Hg~ (2+) combines the T-Hg~ (2+) -T coordination with the dual chain DNA and forms a DNA double chain internal charge transfer pathway, resulting in the change of the chronoelectric charge on the electrode surface. Time measurement results show that the peak potential of the methylene blue is near the reduction peak potential (-380 mV). The time quantity increases with the concentration of Hg~ (2+) in the solution, and the concentration of Hg~ (2+) is within the range of 1 nM~104 nM. The variation of time quantity is in good linear relation with the logarithm of Hg~ (2+) concentration, and the linear correlation coefficient (R2) is 0.995 and the detection limit is 0.5 nM (S /N=3). And selectivity.
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.1;TP212

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