基于G-四联体的纳米探针比色检测铅离子

2023年12月31日发(作者：狗蛋儿)

基于G-四联体的纳米探针比色检测铅离子

莫志宏;高应梅;温志渝;范艳萍

【摘 要】基于纳米探针和G-四联体建立了简便快速检测铅离子的方法. 纳米探针采用金纳米粒子自组装修饰富G寡核苷酸制得, 在铅离子存在下, 纳米探针上的富G寡核苷酸形成G-四联体, 导致纳米探针凝聚变色. 在优化条件下, 比色检测铅离子的线性范围为48～480 nmol/L, 检出限为20 nmol/L;大多数金属离子无明显干扰, 而有明显干扰的汞离子可采用与之特异结合的寡核苷酸有效消除. 将该法成功用于环境水样中铅离子的检测, 重现性(RSD<3.0%)与回收率(98.4%～101.5%)良好.

【期刊名称】《高等学校化学学报》

【年(卷),期】2010(031)011

【总页数】3页(P2181-2183)

【关键词】纳米探针;G-四联体;比色检测;铅离子

【作 者】莫志宏;高应梅;温志渝;范艳萍

【作者单位】重庆大学化学化工学院,微系统研究中心,新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室,重庆,400044;重庆大学化学化工学院,微系统研究中心,新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室,重庆,400044;重庆大学化学化工学院,微系统研究中心,新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室,重庆,400044;重庆大学化学化工学院,微系统研究中心,新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室,重庆,400044

【正文语种】中 文

【中图分类】O657

铅离子对人体危害严重，是环境监测的重要指标.地表水环境质量标准规定Ⅰ类地表水中铅的限值为48 nmol/L［1，2］.目前，环境水中痕量铅的检测方法有分光光度法、原子吸收法、电感耦合等离子体-原子发射光谱/质谱法和电化学法等［3～7］，这些方法需要分离富集，操作繁琐费时或需配置大型仪器，不利于快速现场检测.近年来，利用对Pb2+敏感的DNA酶(17E DNAzyme)检测Pb2+的方法备受关注［8～11］，其原理是将DNA酶或底物链用荧光或纳米金标记后再将两者杂交，在Pb2+存在下DNA酶切割底物链使其断开，产生光谱信号变化以实现检测.该法具有良好的选择性，但所用底物链为RNA，稳定性差.另外，Pb2+与富G寡核苷酸可形成G-四联体(G4-Pb2+)［12］，由此在富G探针的5'和3'端分别修饰荧光基团及其猝灭基团，在Pb2+作用下形成G4-Pb2+而导致荧光猝灭，可实现Pb2+的检测［13］.目前利用G4-Pb2+比色法检测Pb2+尚未见报道.本文基于纳米金凝聚比色［14］，采用纳米金表面修饰寡核苷酸(末端为4个G)的纳米探针，在Pb2+存在下，由于存在空间位阻，只有不同纳米探针表面的寡核苷酸结合形成G4-Pb2+使纳米探针凝聚变色，建立了简便灵敏的Pb2+比色检测方法(Scheme 1).

配制4.8 mmol/L Pb(NO3)2贮备溶液(含32 mmol/L HNO3)，实验时稀释成所需浓度的标准工作液;缓冲溶液为Tris-HCl(pH=7.4);氯金酸、柠檬酸三钠、氯化钠和氯化镁为分析纯，用水为超纯水;寡核苷酸5'-SH-(CH2)6A18GGGG-3'(S1)和5'-(CH2)6ATATATTTAT-3'(S2)购自上海生物工程有限公司.UV-2450型紫外-可见分光光度计(日本岛津公司)，TGL-16G型高速冷冻离心机(上海安亭科学仪器厂).

采用柠檬酸钠还原法［15］制备了直径为10 nm的纳米金(～16 nmol/L);将S1

加入到纳米金溶液中［V(纳米金)/V(S1)=1/100］，加入10 mmol/L Tris-HCl(终浓度，下同)，于室温放置48 h后离心除去未结合的S1，得到S1修饰的纳米探针(NP).

在水样中加入3.0 nmol/L NP，10 mmol/L Tris-HCl，0.20 mol/L NaCl及2.0

mmol/L MgCl2，混匀，在37℃下反应15 min后进行光谱测定.

图1为NP和NP+Pb2+的吸收光谱.可见，在10 mmol/L Tris-HCl(pH=7.4)，0.20 mol/L NaCl及 2.0 mmol/L MgCl2条件下，NP的特征吸收波长为520 nm.向NP中加入Pb2+，因NP与Pb2+形成了G4-Pb2+，产生凝聚使溶液由红色变为紫红色，吸收峰变宽，在520 nm处的吸光度降低，长波方向的吸光度也明显增加，在650 nm处吸光度增加最大，因此可用650与520 nm处吸光度的比值(A650nm/520nm)表示NP的凝聚程度［8］.

实验发现，在MgCl2存在下Pb2+的检测灵敏度变化明显.如图2所示，在0.20

mol/L NaCl及10 mmol/L Tris-HCl条件下，随着MgCl2浓度的增大，有铅和无铅溶液中NP的凝聚程度都随之增大，且无铅溶液凝聚程度的增加趋势明显缓于有铅溶液;当MgCl2浓度为2.0 mmol/L时，有铅和无铅条件下两者凝聚程度差异最大，同时无铅溶液的凝聚程度也开始明显增强，因此选用2.0 mmol/L MgCl2以提高灵敏度.

在G4-Pb2+稳定存在的温度范围内［12］，选择在27和37℃下进行对比检测，结果如图3所示(ΔA650nm/520nm为相对无铅的变化值).可见，37℃的灵敏度明显高于27℃的灵敏度.在37℃时，Pb2+浓度在48～480 nmol/L范围内与ΔA650nm/520nm呈线性关系，以3倍信噪比(空白标准偏差为0.0039，n=6)计算得到检出限为4.3 nmol/L.

考察了常见金属离子对Pb2+检测的影响.将480 nmol/L Pb2+同200倍的Li+及K+，20倍的Ni2+，Mn2+，Fe2+，Zn2+及 Ca2+，2倍的 Cd2+，Cu2+及

Co2+和1倍的Hg2+进行对照实验，结果见图4.由图4可以看出，除Hg2+有明显凝聚和干扰外，其它离子对Pb2+的检测均无明显影响;为消除Hg2+的干扰，测定前向溶液中加入可特异性结合Hg2+形成T-Hg2+-T的寡核苷酸S2，使Hg2+的干扰得到了有效抑制.

取某蓄电池厂附近河水(不同河段)，过滤除去悬浮颗粒，按实验方法测定水中Pb2+，测定值分别为48，60和120 nmol/L，同时测定样品中标准加入(50

nmol/L)的回收率分别为98.4%，101.5%和100.4%，相对标准偏差(RSD)分别为3.0%，2.6%和2.4%.

KeywordsNanoprobe;G-Quartet;Colorimetric detection;Lead ion

【相关文献】

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AbstractA simple and nsitive detection method for lead ions was developed，bad on

the G-quartet and nanoprobe was prepared by modification of gold

nanoparticles with G-rich oligonucleotides in a lf-asmbled the prence of

Pb2+，G-quartets are formed by G-rich oligonucleotides on the nanoprobes and result in

the aggregation of nanoprobes and a change in the optimal condition of 200

mmol/L NaCl，2.0 mmol/L MgCl2and at 37℃，the linear range was 48—480 nmol/L with

a detection limit of 20 nmol/L for Pb2+.Most metal ions have no interferences，and the

interfering Hg2+can be effectively eliminated by a specific method

was applied for the detection of Pb2+in environmental water samples，with a good

reproducibility(RSD＜3.0%)and recovery(98.4%—101.5%).