基于纳米磁珠的铅离子QCM生物传感器的研究

摘要

由于铅离子具有非生物降解特性，一旦暴露于环境中便会不断累积，随着工业的不断发展，铅离子的危害越来越严重。儿童对铅离子特别敏感，极少量的铅离子就有可能造成儿童智力发育障碍。目前虽已有多种铅离子检测方法，但仍然有许多学者研究如何使得铅离子的检测更有效地降低成本、简化操作、提高灵敏度和检测的特异性。石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）生物传感器因其灵敏度高、成本低、可重复利用的特点受到了各领域研究者的青睐，在实现铅离子低浓度检测方面具有很大的研究价值。由于纳米磁珠（Nano-Magnetic Beads，NMBs）具有超顺磁性、小尺寸效应、便于分离等优点，将NMBs运用于传感器的制备中可很好地实现检测信号的放大，提高传感器的灵敏度。鉴于此，本文创新性地结合NMBs和QCM设计了一种简单、高灵敏的生物传感器用于铅离子的检测。 本文将铅离子特异性酶GR-5 DNAzyme的催化链（DNA1）通过金硫键固定于QCM金膜表面，结合有NMBs后的基底链通过碱基互补配对与催化链结合。在铅离子存在的情况下，基底链的“rA”位点被特异性地剪切成两段，整段基底链与催化链分离，使得结合有NMBs后的基底链脱离QCM电极表面，引起QCM表面物质质量的变化，进而使其谐振频率发生较大变化，故通过测量频率的变化值便可实现铅离子的检测。在实验中，运用我们构建的传感器对不同浓度的铅离子进行检测，实验结果显示在1 pmol/L~50 nmol/L范围内，检测频率变化值与铅离子浓度的对数值呈很好的线性相关性，相关系数R为0.99634，且检测限低达0.3 pmol/L。另外，经实验验证，该传感器还具有良好的特异性。为了进一步验证我们所提出的实验方法的实用性能，分别将该传感器用于超纯水及娃哈哈饮用水中铅离子的加样回收实验，在超纯水中，回收率达98.784±4.045%，在娃哈哈饮用水中回收率为97.115±6.465%，且误差均在可接受范围之内。 与大多数已存在的检测方法相比，我们所设计的传感器不仅操作简单、成本低廉，还具有很低的检测限和很好的特异性，且有望用于实际饮用水样中铅离子的检测。此外，我们的设计方法为基于纳米磁珠和QCM用于其他物质检测的传感器的研究提供了一种新的思路。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

第一章 绪论

1 研究背景与意义

2 课题所做工作及章节安排

第二章 实验原理与内容

1 实验原理

2 实验的仪器与材料

3 实验内容

第三章 结果与讨论

1 QCM电极的表征结果

2 实验条件优化结果

3 传感器性能测试

4 结论

全文总结与展望

参考文献

文献综述:铅离子生物传感器的研究进展

致谢

攻读学位期间发表的学术论文