基于DNA生物量子点荧光增强效应的亚砷酸盐检测方法

摘要

本发明公开了一种基于DNA生物量子点荧光增强效应的亚砷酸盐检测方法，属于光学传感技术领域。以富含G/T碱基的单链DNA为模板合成发荧光的DNA生物量子点，通过碱基与亚砷酸盐之间的相互作用，将AsO33‑嵌入到DNA生物量子点内，使DNA生物量子点的荧光增强，DNA生物量子点的荧光强度与亚砷酸盐的浓度呈正相关，据此实现对亚砷酸盐的检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于DNA生物量子点荧光增强效应的亚砷酸盐检测方法，属于光学传感技术领域。

背景技术

砷（As）及其化合物会影响有机体的生理机制，导致染色体基因突变、DNA损伤、致畸形，是一类致癌物质。环境中高浓度的砷主要通过空气、饮水或食物经皮肤、呼吸道和消化道进入人体，其中，As（V）易通过胃肠道被吸收，As（III）易通过皮肤被吸附。As（III）可与巯基（-SH）结合形成稳定的化合物，经人体吸收后不易排出而造成积累。砷被摄入体内后，与细胞酶体系或蛋白质中的巯基结合，致使细胞中酶的催化作用发生故障，从而引起细胞的正常新陈代谢紊乱。如果长期饮用砷含量超标的地下水，身体免疫系统会遭到破坏，引发膀胱、肾、肝脏、肺和皮肤等癌症及严重的生殖问题，因此，寻找简单有效的方法监测环境中的砷含量尤为重要。美国环境保护部门和世界健康组织均规定饮用水中砷的最高限量须低于10 ppb。

DNA生物量子点是最近兴起的一种新型荧光量子点，它以单链DNA为模板在低温水热条件下合成，方法简便，与传统的有机荧光染料相比，具有光学性质优良，荧光寿命长，低毒性，原料简单易得，绿色无污染，合成条件温和，水溶性和生物相容性好等优点。此外，DNA生物量子点不仅具有荧光特性，还保留了DNA模板的基本特性，在化学和生物医学等领域得到广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DNA生物量子点荧光增强效应的亚砷酸盐检测方法，该方法对AsO₃^3-的检测具有灵敏度高和选择性好的特点。

本发明是这样来实现的，基于DNA生物量子点荧光增强效应的亚砷酸盐检测方法，其特征在于，以富含G/T碱基的单链DNA为模板制备发荧光的DNA生物量子点，将DNA生物量子点与AsO₃^3-待测样品混合，通过DNA生物量子点的碱基与AsO₃^3-之间的氢键作用，将AsO₃^3-嵌入到DNA生物量子点内部，使DNA生物量子点的荧光增强，DNA生物量子点的荧光强度与AsO₃^3-的浓度呈正相关，根据DNA生物量子点的荧光强度判断AsO₃^3-的浓度。

本发明采用以下技术方案：

（1）DNA生物量子点的制备：将序列为5'-(GT)₂₉A₆C₁₂-3'的单链DNA固体粉末在5000>

（2）基于DNA生物量子点荧光增强效应检测AsO₃^3-：将20>3^3-溶液混合，加入超纯水使测试溶液总体积至360>

上述方法中，所述的DNA生物量子点浓度为2.88 µM。所述的磷酸盐缓冲液浓度为10 mM，pH为7.5。

本发明的技术效果是：本发明采用低温水热法以富含G/T碱基的单链DNA为模板合成荧光生物量子点，当样品中存在AsO₃^3-时，通过碱基与亚砷酸盐之间的氢键作用，AsO₃^3-可嵌入到DNA生物量子点内部，使得DNA生物量子点膨胀而粒径增大，导致DNA生物量子点荧光增强，荧光强度与AsO₃^3-的浓度呈正相关，据此发展了一种基于DNA生物量子点荧光增强效应的亚砷酸盐检测方法，该方法具有稳定、灵敏度高且选择性好等特点。

附图说明

图1是(a) DNA和(b) DNA生物量子点的紫外-可见吸收光谱图，(c、d、e、f、g和h)分别是DNA生物量子点在激发波长为270、280、290、300、310和320 nm时的荧光发射光谱图。

图2是DNA生物量子点的原子力显微镜图。

图3是DNA生物量子点与AsO₃^3-反应后的原子力显微镜图。

图4是DNA生物量子点对不同浓度AsO₃^3-响应的荧光光谱图。

图5是对AsO₃^3-检测的线性关系图。

图6是DNA生物量子点对不同离子响应的柱状图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述，本发明并不限于此；

实施例1

制备DNA生物量子点

将7.2 nM序列为5'-(GT)₂₉A₆C₁₂-3'的单链DNA固体粉末在5000>

采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究DNA生物量子点的光学性质，结果如图1所示。单链DNA在256 nm处有一个强吸收峰（曲线a），对应于DNA分子中的嘌呤和嘧啶杂环中的游离π电子；而DNA生物量子点分别在268 nm和300~350 nm处出现了两个吸收峰（曲线b）。DNA生物量子点在268 nm处的吸收峰比单链DNA红移了12 nm，这可能是由于水热反应时单链DNA分子结构发生了变化所致；300~350 nm处出现的弱吸收带归属于C=O键的n-π*电子跃迁。在270-320 nm波长范围内，DNA生物量子点的荧光发射峰强度随着激发波长的增加先增大后减小（曲线c、d、e、f、g、h），最大发射峰对应的激发光波长为300 nm（曲线f），发射峰位于405 nm，荧光发射峰对激发波长具有强的依赖性，发射峰波长随着激发波长的增加向长波方向移动。这可能是水热反应时，在DNA生物量子点核内形成了各种类型的对激发波长依赖的聚芳香团荧光物质叠加所致。

实施例2

基于DNA生物量子点荧光增强效应检测AsO₃^3-

将20 µL 10 mM pH 7.5的磷酸盐缓冲溶液、200 µL DNA生物量子点和不同浓度的AsO₃^3-溶液混合，加入超纯水使测试溶液总体积至360>

采用原子力显微镜对DNA生物量子点及其与AsO₃^3-反应后的形貌进行表征。由图2可见，DNA生物量子点的高度约为1.5>3^3-反应后，DNA生物量子点的高度增加到约为3>3^3-反应后，AsO₃^3-嵌入到DNA生物量子点内，使得DNA生物量子点膨胀而粒径增大。

图4是DNA生物量子点与一系列AsO₃^3-标准溶液反应后的荧光光谱图。AsO₃^3-可与富含G/T碱基的DNA生物量子点结合，DNA生物量子点在460>3^3-浓度的增加，DNA生物量子点的荧光强度逐渐增强。由图5可见，在0.01-1>3^3-浓度呈线性关系，在5-150>3^3-浓度的对数呈线性关系。本方法对AsO₃^3-的最低检测限为4.6>3^3-的灵敏性检测。

为了论证本方法对AsO₃^3-检测的选择性，对环境中可能存在的干扰离子进行了考察，结果如图6所示。在20>3^3-、AsO₄^3-以及1000>+、Cd²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、Mg²⁺、Cr³⁺、Ca²⁺、Pb²⁺、SO₄^2-、PO₄^3-、NO₃^-、NO₂^-、Br^-和CO₃^2-等），常温孵化32>3^3-与DNA生物量子点发生反应使得荧光明显增强，而AsO₄^3-以及环境中常见的其它干扰离子均不与DNA生物量子点作用。以上结果表明，本发明方法对AsO₃^3-检测有良好的选择性。