DNA荧光探针检测汞离子及其络合剂的研究

摘要

汞是一种高毒性且在环境中污染相当普遍的重金属离子，汞接触可不同程度地对健康造成一系列有害影响，如大脑损伤、肾脏衰竭、神经系统及免疫系统损伤。汞在工厂污水、固体垃圾、矿山废水等环境污染物中广泛存在。因此，发展一种高灵敏高选择性的用于环境及食品中汞离子的检测方法具有非常重要的意义。DNA探针具有易于合成、稳定性好、设计简单、信号机制灵活等优点，使其在医药、环境、食品等众多领域的重金属分析检测中，具有广阔的发展空间和应用前景。基于此，在本论文的研究中，发展了以下三种基于DNA探针的汞离子和及其络合剂的检测方法：
　　1.基于T-Hg2+-T结构和G四聚体自身猝灭能力，发展了一种汞离子及半胱氨酸的检测新方法。设计了一条5'端标有荧光基团的富T序列，3'端用能形成G四聚体的富G序列代替传统的猝灭基团。当有汞离子存在时，富T序列发生折叠，使G四聚体靠近荧光基团，发生光诱导电子转移，使荧光被部分猝灭从而实现对汞离子的高灵敏检测，检测下限为4 nmol/L。鉴于半胱氨酸与汞离子有很强的结合能力，该方法还被用于半胱氨酸的检测，其检测下限为85 nmol/L。本方法只需对DNA进行单个荧光基团的标记，设计简单，灵敏度高，特异性好，并可用于实际水样中汞离子的检测。
　　2.基于T-Hg2+-T结构和G四聚体自身猝灭能力，发展了一种简便的“Turn on”型碘离子检测新方法。设计了一条5'端标有荧光基团的富T序列，3'端用能形成G四聚体的富G序列代替传统的猝灭基团。首先加入汞离子，富T序列形成T-Hg2+-T结构发生折叠，G四聚体靠近荧光基团，发生光诱导电子转移，使荧光被猝灭。此时，若加入碘离子，由于碘离子能够与汞离子形成较稳定的络合物，汞离子被竞争下来，发夹状探针打开，荧光得到恢复，且荧光强度与50～500nmol/L的碘离子呈现良好的线性关系，检测下限为30 nmol/L。本方法选择性好，并可用于实际水样中碘离子的检测，是一种简单的碘离子的检测方法。
　　3.发展了一种基于β-环糊精聚合物对芘荧光增强能力的汞离子检测新方法。设计了一条两端标有芘的富T序列，加入β-环糊精聚合物后，芘的荧光得到显著增强。当有汞离子存在时，富T序列发生折叠形成发夹，使得芘脱离β-环糊精聚合物的空腔，荧光信号明显降低，从而实现对汞离子的高灵敏检测，检测下限为8 nmol/L。本方法特异性好，灵敏度高，并可用于实际水样中汞离子的检测。

目录

文摘

英文文摘

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本文所用英文缩写词表

第1章 绪 论

1.1 DNA荧光探针概述

1.1.1 DNA的组成与结构

1.1.2 几种常见的DNA荧光探针

1.2 DNA与金属离子的相互作用研究现状

1.2.1 汞离子与胸腺嘧啶的相互作用

1.2.2 银离子与胞嘧啶的相互作用

1.2.3 其他金属离子与碱基的相互作用

1.3 基于T-Hg2+-T结构的汞离子检测方法

1.3.1 荧光法

1.3.2 比色法

1.3.3 电化学法

1.4 本文拟开展的研究工作

第2章 基于G四聚体自身猝灭能力的新型单标记DNA探针用于汞离子及半胱氨酸的检测

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 主要仪器和试剂

2.2.2 可行性的考察

2.2.3 实验条件的优化

2.2.4 G四聚体猝灭能力考察

2.2.5 汞离子的定量检测

2.2.6 汞离子检测选择性的考察

2.2.7 实际水样中汞离子的检测

2.2.8 半胱氨酸的定量检测

2.2.9 半胱氨酸检测选择性的考察

2.3 结果与讨论

2.3.1 检测原理

2.3.2 可行性验证

2.3.3 实验条件的优化

2.3.4 G四聚体猝灭能力考察

2.3.5 汞离子的定量检测

2.3.6 汞离子检测选择性的考察

2.3.7 实际水样中汞离子的检测

2.3.8 半胱氨酸的定量检测

2.3.9 半胱氨酸检测选择性的考察

2.4 小结

第3章 基于T-Hg2+-T及G四聚体自身猝灭能力的“Turn on”型单标记DNA荧光探针用于碘离子的检测

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 主要仪器和试剂

3.2.2 碘离子对荧光探针影响的考察

3.2.3 行性的考察

3.2.4 实验条件的优化

3.2.5 碘离子的定量检测

3.2.6 碘离子检测选择性的考察

3.2.7 实际水样中碘离子的检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 检测原理

3.3.2 碘离子对荧光探针影响的考察

3.3.3 可行性验证

3.3.4 实验条件的优化

3.3.5 碘离子的定量检测

3.3.6 碘离子检测选择性的考察

3.3.7 实际水样中碘离子的检测

3.4 小结

第4章 基于β-环糊精聚合物对芘荧光增强能力的DNA荧光探针用于汞离子检测

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 主要仪器和试剂

4.2.2 线性β-环糊精聚合物的合成

4.2.3 β-环糊精聚合物荧光增强能力考察

4.2.4 可行性的考察

4.2.5 实验条件的优化

4.2.6 汞离子的定量检测

4.2.7 汞离子检测选择性的考察

4.2.8 实际水样中汞离子的检测

4.3 结果与讨论

4.3.1 检测原理

4.3.2 β-环糊精聚合物荧光增强能力考察

4.3.3 可行性验证

4.3.4 实验条件的优化

4.3.5 汞离子的定量检测

4.3.6 汞离子检测选择性的考察

4.3.7 实际水样中汞离子的检测

4.4 小结

结 论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致 谢