基于功能核酸的水中重金属检测技术研究

目前我国水资源紧缺，水资源污染也不容乐观。据调查显示我国饮用水源地有1/5以上水质不达标，约一半的城市市区地下水污染严重，使得北方一些以地下水为饮用水源的城市水资源可利用程度日益受限。而近年重金属污染也已成为一个全球化的环境问题，已严重威胁到人类健康和生态环境安全。2006年以来，我国发生多起重金属污染事件，导致几千人身体健康受到严重影响。重金属污染通常具有毒性大、致毒剂量低、易累积、难降解、难治理等特点，因而是目前环境监测和治理的焦点。 常用的重金属检测方法有电感耦合等离子体质谱分析法（ICP-MS）、原子吸收分光光度计法（AAS）和原子荧光光谱分析法（AFS）。这些检测方法均需要大型仪器和专业人员在室内进行操作，对突发水污染事件无法做出快速响应。近年来蓬勃发展的生物分子学为重金属的快速检测提供了新的技术支持，反应灵敏，检测方便，成为新兴的重金属检测方法的新宠。本论文旨在通过核酸适配体与重金属分子的特异性结合，构建以石墨烯-6羟基荧光素（FAM）和核酸染料SYBR Green为响应信号的光学传感体系，并应用于重金属离子Ag+和Hg2+的识别和检测。主要内容如下： （1）当体系中有Ag+（或Hg2+）存在时，Ag+（或Hg2+）能够与胞嘧啶-胞嘧啶（C-C）(或胸腺嘧啶-胸腺嘧啶（T-T）)错配碱基对特异性作用，形成稳定的C-Ag+-C或（T-Hg2+-T）双链结构。由此，根据氧化石墨烯对单链DNA和双链DNA具有不同的吸附能力，可以将单链DNA修饰的荧光基团猝灭而双链DNA的荧光得以保持。该体系中随着Ag+浓度的逐渐增加，Ag+与其核酸适配体反应逐渐形成双链DNA结构，体系的荧光强度逐渐增强。在优化实验条件下，检测Ag+的线性范围为150nM400nM，检出限为23nM。本方法可用于饮用水中Ag+的快速、灵敏和选择性检测，检测回收率为96.6%。 （2）基于T-Hg2+-T复合物的形成，本研究以富含胞嘧啶的单链DNA作为识别探针，以SYBR Green作为荧光指示探针，构建了一种无标记的荧光适配体传感器用于Ag+和Hg2+的灵敏性检测。当体系中无Ag+和Hg2+存在时，SYBR Green与单链DNA通过静电作用结合，呈现出较弱的荧光强度。随着体系中Ag+和Hg2+浓度的逐渐增加，Ag+和Hg2+能够选择性的与胞嘧啶-胞嘧啶（C-C）或胸腺嘧啶-胸腺嘧啶（T-T）结合，与其适配体发生错配反应形成稳定的双链DNA，从而使得SYBR Green能够通过嵌入机小凹槽方式与双链DNA作用，增强体系的荧光强度，以此实现对Ag+和Hg2+的检测。当Ag+和Hg2+浓度分别在100nM500nM和5nM100nM的范围内时，体系的荧光强度呈良好的线性增强，其检测限分别为16nM和0.68nM。该方法操作简便、灵敏度高、选择性好，能很好的应用于饮用水中Ag+和Hg2+的检测。