一種用于汞離子檢測(cè)的sers傳感器及其制備和檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于拉曼光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器及其制備和檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是一種具有極強(qiáng)毒性的重金屬離子，在世界范圍內(nèi)廣泛存在，其污染會(huì)嚴(yán)重危害環(huán)境，并對(duì)人類健康產(chǎn)生極大威脅。汞在人體內(nèi)的積累可以導(dǎo)致永久性的腦損傷和其他嚴(yán)重的臨床癥狀，此外，母體中汞含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致嬰兒產(chǎn)生先天缺陷。因此，對(duì)于汞污染的監(jiān)測(cè)十分必要。
[0003]汞污染中水溶性的二價(jià)汞離子(Hg2+)是其最常見(jiàn)，最穩(wěn)定和最廣泛的傳播形式之一，也是人類接觸汞污染的主要來(lái)源之一。由于人類工業(yè)礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的增加，來(lái)自人為的汞污染排放量激增，使得部分水體中的汞濃度上升，日漸威脅到環(huán)境和人類健康，因此對(duì)水體中汞的檢測(cè)尤為重要。
[0004]目前，傳統(tǒng)的汞離子檢測(cè)方法主要有電熱原子吸收光譜(ETAAS)，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)和冷原子熒光法(CA-AFS)。這些檢測(cè)方法雖然檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，但它們通常需要復(fù)雜的樣品制備程序和昂貴精密的工藝設(shè)備，限制了其推廣應(yīng)用，不適合用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析。比色法檢測(cè)，共振散射光譜法，電化學(xué)和熒光，這類檢測(cè)極限可達(dá)納摩爾每升，但因?yàn)槿梭w汞的積累是一個(gè)極低濃度的長(zhǎng)期攝入過(guò)程，所以發(fā)明具有極高靈敏度和選擇性的汞離子檢測(cè)方法仍是對(duì)廣大科研人員的挑戰(zhàn)。此外，一些涉及熒光光學(xué)傳感器面臨的淬火和光漂白問(wèn)題。在這種情況下，發(fā)展操作簡(jiǎn)單，結(jié)果可靠，低檢測(cè)限的鑒別方法，已經(jīng)迫切地提上了議事日程。
[0005]目前環(huán)保部門對(duì)于水質(zhì)檢測(cè)主要利用原子吸收光譜，汞離子檢測(cè)濃度在?nM級(jí)另Ij，nM以下在實(shí)際中很難直接檢測(cè)到，需要對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)十倍甚至幾百倍濃縮，操作繁瑣。
[0006]表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)報(bào)道作為一種新型的檢測(cè)工具，可以表征分子振動(dòng)的指紋光譜，具有超高的特異性和靈敏度，適用于微量物質(zhì)的定性檢測(cè)和定量研究。此外，表面增強(qiáng)拉曼光譜不需要昂貴的儀器和復(fù)雜的準(zhǔn)備程序，具有生物無(wú)毒，重現(xiàn)性好，便攜適用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是水體中汞離子檢測(cè)的理想工具。但是，現(xiàn)有利用拉曼光譜檢測(cè)汞離子的技術(shù)中，其中拉曼探針制備方法復(fù)雜，膠體拉曼探針?lè)€(wěn)定性低，在對(duì)汞離子檢測(cè)的靈敏度上仍有可以提升的空間。
[0007]目前，在Zhang[I ]的工作中，他們以金納米孔為增強(qiáng)基底，連接相應(yīng)的探針，在15個(gè)胸腺嘧啶組成的探針中，檢測(cè)范圍為I nM到10 qM，最低檢測(cè)濃度為100 pM，100 pM時(shí)拉曼峰值下降幅度僅為3%，且探針組裝時(shí)間為24h，時(shí)間長(zhǎng)。在他們的工作中沒(méi)有擬合相應(yīng)的工作曲線，在100 nM各種離子的特異性檢測(cè)中可以看出鐵鈣等離子都對(duì)信號(hào)有較大的干擾。在Liu[2]的工作中應(yīng)用了部分相近的探針結(jié)構(gòu)，檢測(cè)范圍為I nM到2 φ,檢測(cè)限僅為0.5 nM。
[0008]在使用相同基底的拉曼檢測(cè)中，未見(jiàn)將該基片用于離子檢測(cè)的報(bào)導(dǎo)。
[0009][I]:Zhang L, Chang H, Hirata A, Wu H, Xue QK, Chen M.-NanoporousGold Based Optical Sensor for Sub-ppt Detect1n of Mercury 1ns.ACS Nano,2013， 7: 4595-4600
[2]:Liu SJ, Nie HG, Jiang JH, Shen GL, Yu RQ.Electrochemical sensor formercury(II) based on conformat1nal switch mediated by interstrandcooperative coordinat1n.Analytical Chemistry,2009, 81(14):5724-5730。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有的金屬離子檢測(cè)方法存在的不足，提供一種用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器及其制備和檢測(cè)方法。該傳感器以銀納米棒陣列型SERS基片為載體，經(jīng)表面修飾特定寡核苷酸探針鏈構(gòu)建得到，其具有較高特異性和靈敏度。
[0011 ]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器，該傳感器是將寡核苷酸探針鏈修飾到固體SERS基片表面構(gòu)建得到，所述寡核苷酸探針鏈由三部分組成，其一端修飾巰基用以連接基底，另一端修飾上拉曼染料，中間部分為5?25個(gè)純胸腺嘧啶。
[0012]所述寡核苷酸探針鏈為:5’-SH-(CH2)6-TTTTTT TTT TTT TTT-Cy5_3’。
[0013]所述固體SERS基片為銀納米棒陣列型SERS基片。
[0014]所述用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
1)固體SERS基片用超純水多次沖洗，備用；
2)將寡核苷酸探針溶液滴于步驟I)固體SERS基片表面，恒溫靜置培養(yǎng)，使得寡核苷酸探針修飾到基底上，用純水沖洗干凈，去除多余的探針鏈。
[0015]步驟2)中寡核苷酸探針溶液的摩爾濃度為5?150nM。
[0016]步驟2)中恒溫靜置培養(yǎng)的培養(yǎng)溫度為20?37°C，培養(yǎng)時(shí)間為2?4小時(shí)。
[0017]應(yīng)用所述SERS傳感器檢測(cè)汞離子的檢測(cè)方法，包括如下步驟:
1)建立工作曲線:將上述SERS傳感器在緩沖液中浸泡，使DNA形態(tài)保持穩(wěn)定;利用拉曼光譜儀進(jìn)行拉曼測(cè)試，記錄傳感器的初始SERS信號(hào)強(qiáng)度;配置不同濃度的汞離子樣品溶液；將SERS傳感器與不同濃度的汞離子溶液室溫下共培養(yǎng);取出傳感器采集SERS信號(hào)，以傳感器SERS信號(hào)下降幅度為縱坐標(biāo)，汞離子濃度為橫坐標(biāo)作出相對(duì)應(yīng)的工作曲線；
2)將SERS傳感器浸泡入待檢測(cè)溶液中共培養(yǎng)，隨后進(jìn)行拉曼測(cè)試，記錄傳感器SERS信號(hào)強(qiáng)度;計(jì)算SERS信號(hào)強(qiáng)度的下降幅度，對(duì)照工作曲線，計(jì)算得出汞離子的濃度。
[0018]步驟I)中SERS傳感器在緩沖液中浸泡的浸泡時(shí)間為5?20 min。
[0019]步驟2)中將SERS傳感器浸泡入待檢測(cè)溶液中共培養(yǎng)的時(shí)間為I?5小時(shí)。
[0020]上述SERS傳感器以銀納米棒陣列型固體基片為芯片，并在其上修飾上寡核苷酸探針鏈。該寡核苷酸單鏈由三部分組成，其一端修飾巰基用以連接基底，另一端修飾上拉曼染料，中間組成部分為若干純胸腺嘧啶。應(yīng)用時(shí)，在未與待檢測(cè)液共培養(yǎng)前測(cè)試SERS傳感器的初始SERS信號(hào)，隨后將傳感器與待檢測(cè)液共培養(yǎng)，再次檢測(cè)SERS信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)SERS信號(hào)的強(qiáng)度下降幅度達(dá)到對(duì)汞離子定量檢測(cè)。
[0021]本發(fā)明中銀納米棒陣列型SERS基片采用真空電子束蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備，具體方法按文獻(xiàn)(C.Y.Song, J.L.Abell, Y.P.He, S.H.Murph, Y.P.Cui, Y.P.Zha0.Gold-modified silver nanorod arrays: growth dynamics and improved SERSproperties.Journal of Materials Chemistry, 2012，22(3): 1150-1159.)中報(bào)道的方法制備。
[0022]本發(fā)明以檢測(cè)水中痕量汞離子為示例制備用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器。
[0023]所述示例的寡核苷酸探針堿基序列為:
探針鏈:5’-SH-(CH2)6-TTT TTT TTT TTT TTT-Cy5-3，;
本發(fā)明制備用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器的優(yōu)選方案中，寡核苷酸探針鏈5’端修飾巰基，3 ’端修飾染料分子Cy5;探針鏈通過(guò)金-硫鍵固定于銀納米棒陣列型SERS基底的表面;探針鏈中胸腺嘧啶可以與汞離子特異性結(jié)合，使得相鄰的探針單鏈相互配對(duì)，形成剛性雙鏈結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明制備用于汞離子檢測(cè)的SERS傳感器的工作原理:單鏈寡核苷酸探針具有柔性，通過(guò)巰基固定到銀納米棒陣列基片表面后趨向倒伏在銀納米棒基片表面，因此標(biāo)記在探針鏈上的拉曼染料與SERS基片距離較近，具有較強(qiáng)的SERS信號(hào)；當(dāng)存在Hg2+時(shí)，寡核苷酸探針鏈可以與汞離子相互結(jié)合，形成