基于胸腺嘧啶-汞离子-胸腺嘧啶结构和纳米金放大传感器检测汞离子

利用Hg2+与DNA中胸腺嘧啶(T)结合的高度特异性和纳米金在石英晶体微天平(QCM)上的信号放大作用,设计了一种简便灵敏的Hg2+检测方法.纳米金采用柠檬酸钠还原法制备,其表面用末端带巯基的寡核苷酸探针进行自组装修饰,并用6-巯基己-1-醇(MCH)部分取代表面探针,以减少杂交空间位阻.结果表明,寡核苷酸链长为9bp、T个数为7的序列具有较高灵敏度;线性范围为5.0～100 nmol/L;检出限为2.0 nmol/L;Ca2+、Mg2+等其它金属离子无明显干扰.用于环境水样中Hg2+的测定, RSD<2.9%;加标回收率为97.3%～101.2%     

无标记增强型检测Hg2+的荧光DNA传感器

基于Hg2+与T–T错配碱基对能特异性结合形成T-Hg2+-T结构以及结晶紫(CV)与单、双链DNA作用后荧光信号的差异,构建了一种荧光增强型检测Hg2+的DNA生物传感器。实验考察了不同序列DNA及溶液的pH、DNA与CV浓度比、稳定时间等因素对灵敏度的影响。在优化的条件下体系荧光效率和Hg2+浓度在2～40 nmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为0.7 nmol/L。并且高浓度的Ca2+,Mg2+等常见金属离子对Hg2+的检测没有干扰。方法为重金属Hg2+的检测提供了一个较好的荧光分析方法。     

基于核酸外切酶Ⅰ的适配体荧光传感器检测人尿液中的Hg2+

基于富含胸腺嘧啶(T)DNA适配体对Hg2+的特异性识别和核酸外切酶I(Exo Ⅰ)辅助的信号转换策略,建立了快速检测人尿液中Hg2+的荧光分析方法.固定在微孔板上的DNA适配体特异识别Hg2+后,折叠成稳定的发卡型双链结构,不能被单链特异性的Exo Ⅰ水解,核酸染料SYBR GreenⅠ(SG)插入发卡部位产生荧光信号,基于此可实现Hg2+的定量检测.优化后的最佳实验条件为:微孔板包被亲和素浓度为50 mg/L;检测DNA包被浓度为75 nmol/L;使用5×SG以及1.2 μL的Exo Ⅰ.在最佳实验条件下,体系荧光强度与Hg2+浓度的对数呈良好线性关系,线性范围为2～500 nmol/L,检出限为1.5 nmoL/L(3σ).利用本方法检测尿样中的Hg2+,加标回收率为91.2％ ～ 95.0％,相对标准偏差(n=5)为2.1％ ～4.6％.本方法选择性良好,操作简单,用HNO3-KMnO4溶液将尿液中其它形式的汞氧化为Hg2+后,成功实现了尿液中总汞含量的检测.     

基于寡核苷酸链的汞离子荧光生物传感器

基于G-四链体结构和卟啉类化合物N-甲基卟啉二丙酸IX(NMM)结合产生强烈的荧光,利用T-Hg(Ⅱ)-T错配对汞离子(Hg2+)的特异性识别,建立了一种简单、灵敏、高效的Hg2+检测新方法.在富含鸟嘌呤(G)寡核苷酸链中,引入了大量胸腺嘧啶(T).在没有Hg2+存在时,可以自发形成G-四链体结构,与NMM结合产生强烈的荧光;在Hg2+存在时,可与另一条富含T序列的互补链通过T-Hg(Ⅱ)-T特异性结合,形成双链DNA分子,从而导致G-四链体结构不能产生.优化后最佳实验条件为:缓冲溶液的pH=6.7,20 mmol/LKCl,2.5 μmol/L NMM,反应时间为2h.在优化条件下,体系的荧光强度变化值与Hg2+浓度呈现良好的线性关系,线性范围为50～ 1000 nmol/L,检出限为22.8 nmol/L(30).此生物荧光传感器对Hg2+具有良好的选择性.实际水样中Hg2+的加标回收率为106.1％ ～ 107.8％,可以满足实际水样品中Hg2+的检测要求.     

一种用于水样检测的快速汞离子荧光传感器

在440 nm激发波长下,核黄素水溶液在525 nm处能够产生荧光,汞离子(Hg2+)存在时其荧光被猝灭,基于此开发了一种用于水样中Hg2+浓度快速检测的荧光传感器。该传感器对Hg2+的检测线性范围是50 nmol/L～50μmol/L,检出限是8.0 nmol/L,响应迅速(约1 min),对其他金属离子具有很好的选择性,将其应用于湖水中Hg2+检测结果满意。     

利用对G-四链体环部的构型调节进行传感器的设计

对鸟嘌呤碱基G重复序列之间连接环结构对G-四链体形成的影响进行了研究。发现在连接环较长,DNA链不易形成G-四链体的情况下,可以通过将环序列设计成双链结构的方式促进G-四链体的重新形成。这就为传感器的设计提供了一个新途径,即可以利用目标分子对环部双链的调节作用控制G-四链体DNA酶的活性。为证明这一点,在双链区域引入T-T碱基错配,破坏双链结构使DNA链不能形成G-四链体。Hg2+对T-T错配的稳定作用可以促进双链结构的形成,DNA链重新折叠成G-四链体,得到的G-四链体与氯化血红素(Hemin)结合后形成具有过氧化物酶活性的G-四链体DNA酶,据此构建了Hg2+传感器。利用此传感器可在10~700 nmol/L范围内实现Hg2+的定量检测,检出限为8.7 nmol/L。在此基础上,利用半胱氨酸可以将Hg2+从T-Hg2+-T碱基对上竞争下来的能力,设计了一种半胱氨酸的检测方法。此方法可以在20~600 nmol/L范围内实现半胱氨酸的定量检测,检出限为14 nmol/L。     

基于DNA的比色分析法快速测定尿液中的Hg2+

以琼脂糖珠作为固定DNA的载体,建立了可视化的快速检测尿液中Hg2+的方法。DNA对Hg2+特异性识别后,其构象发生变化,启动相邻序列DNA酶的类过氧化物酶催化活性,进而催化氧化双氧水介导的ABTS(2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸))体系,溶液显绿色。考察了各种物质用量对检测体系的影响。在最优实验条件下,体系在420 nm处的吸光度与Hg2+浓度呈良好线性关系,线性范围为5~200 nmol/L,检出限为2 nmol/L。应用于真实尿样中Hg2+检测,加标回收率为95.1%~99.8%,相对标准偏差(n=5)为1.5%~3.1%。本方法对Hg2+具有良好的选择性,且检测不受其它金属离子干扰。另外,以琼脂糖珠为固相载体,能实现高效快速分离,有效排除尿液中其它物质对显色的影响,提高了检测的准确度和灵敏度。     

基于DNA和小沟结合染料DAPI快速检测水样中Hg2+

设计了一条DNA序列作为专一识别Hg2+的探针,结合小沟结合染料DAPI,构建了一种新型无标记荧光降低型核酸适体传感器。无Hg2+时DNA折叠成稳定的茎-环结构,DAPI插入茎部位有强荧光发射;Hg2+存在时DNA发生结构转变,DAPI释放荧光降低。结果表明:在最佳实验条件下,体系荧光降低百分数和Hg2+浓度正相关,在较低的浓度范围(0.5~50 nmol/L)仍呈良好的线性关系,实际检出限为0.5 nmol/L。该方法操作简单、对于环境水样中Hg2+的快速实时检测具有潜在的应用前景。     

基于金纳米粒子的动态光散射法检测溶液中的汞离子

发展了种基于汞离子(Hg2+)适配体(Aptamer)免标记金纳米粒子的动态光散射(DLS)法,用于灵敏、选择性的检测溶液中的Hg2+。Aptamer 5’-TTTCTTCTTTCTTCCCCCCTTGTTTGTTGTTT-3’与Hg2+的特异性结合使金纳米粒子失去保护,在含有100 mmol/L NaCl的缓冲溶液中发生聚集,金纳米粒子的平均水合粒径变大。在pH=7.43,110 nmol/L Aptamer,100 mmol/L NaCl,Hg2+与Probe DNA孵育时间为30 min的实验条件下,金纳米粒子水合粒径的变化值("D)与Hg2+的浓度成正比。检出Hg2+的线性范围为0.1 nmol/L~5μmol/L,检出限达0.1 nmol/L。湖水及矿泉水两种水样加标实验表明本方法能够用于实际水样中Hg2+的检测。     

基于光诱导电子转移荧光传感器检测土壤中的Hg~(2+)

基于脱氧鸟苷(G)与荧光染料发生光诱导电子转移,以及Hg2+与胸腺嘧啶(T)形成"T-Hg2+-T"结构的原理,建立一种简单、灵敏的荧光传感器检测土壤中Hg2+。实验考察了FAM标记的凝血酶适配体与其含G碱基互补DNA浓度比、互补DNA序列长度、稳定时间等因素对检测灵敏度的影响。在优化实验条件下,方法的线性范围为5.0×10-11~5.0×10-9 mol/L,检出限可达0.02nmol/L。Ca2+、Mg2+等常见阳离子对Hg2+的检测不产生干扰,方法具有良好的选择性。该传感方法无需使用有机染料或纳米材料作荧光猝灭剂,降低了实验成本,简化了操作过程。     

分子内裂分G-四链体脱氧核糖核酸酶用于Hg2+的特异性定量检测

G-四链体DNA酶是由核酸G-四链体与氯化血红素(Hemin)结合后形成的一种具有过氧化物酶活性的人工酶,利用这种DNA酶,可进行多种化学及生物传感器的设计。为提高G-四链体DNA酶类Hg2+传感器的选择性,本研究在传感器的设计过程中引入了分子内裂分G-四链体,即将形成G-四链体的富G序列拆分成两部分,分别放置在Hg2+探测序列的两端。在无Hg2+存在时,部分富G序列被包埋在某一分子内二倍体结构中,无法形成G-四链体。而在Hg2+存在下,Hg2+对T-T碱基错配的稳定能力可以促使Hg2+探测序列形成分子内二倍体结构,并伴随着原有分子间二倍体结构的破坏及分子内裂分G-四链体的生成。利用生成的裂分G-四链体与Hemin作用后检测体系酶活性的提高,实现Hg2+传感器的设计。利用该传感器,可在50～500 nmol/L及2.0～7.5μmol/L两个浓度范围内实现Hg2+的定量检测,检出限为47 nmol/L。由于裂分G-四链体DNA酶的使用强化了传感器对Hg2+的依赖性,极大地提高了设计的Hg2+传感器的选择性。对实际水样的加标回收结果显示,回收率为97.5%～104.5%,证明此传感器可以满足实际水样中痕量Hg2+的分析要求。     

A visual photothermal paper sensor for H_2S recognition through rational modulation LSPR wavelength of plasmonics

It is known that the localized surface plasmon resonance(LSPR) wavelength of plasmonics is highly dependent on compositions and geometry of plasmonics as well as the surrounding environments. Here, monodispersed Au@Ag core-shell nanoparticles(Au@Ag NPs) were prepared by carefully optimizing the shell thickness of Au@Ag NPs, and the presence of hydrogen sulfide(H_2 S) would significantly alter the LSPR wavelength. On the basis of this, a photothermal paper sensor for on-site recognition of H_2 S was constructed with a visual detection limit of 12.8 ng/L.     

A visual photothermal paper sensor for H<Subscript>2</Subscript>S recognition through rational modulation LSPR wavelength of plasmonics

It is known that the localized surface plasmon resonance (LSPR) wavelength of plasmonics is highly dependent on compositions and geometry of plasmonics as well as the surrounding environments. Here, monodispersed Au@Ag core-shell nanoparticles (Au@Ag NPs) were prepared by carefully optimizing the shell thickness of Au@Ag NPs, and the presence of hydrogen sulfide (H₂S) would significantly alter the LSPR wavelength. On the basis of this, a photothermal paper sensor for on-site recognition of H₂S was constructed with a visual detection limit of 12.8 ng/L.     

基于上转换荧光共振能量转移的Hg~(2+)侧流检测模型的设计和应用

本工作利用荧光共振能量转移(FRET)过程,以上转换荧光纳米材料(UCNPs)作为能量供体,以金纳米粒子(AuNPs)作为能量受体,通过适配体识别Hg~(2+),在硝化纤维素膜(NC)上制备侧流检测试纸条。Hg2+的参与会拉近能量供受体距离,引起检测区UCNPs的荧光猝灭。通过检测区的荧光猝灭效率,可判断样品中的Hg~(2+)浓度。该传感器在缓冲溶液中的检测线性范围为0.1~100nmol/L;检出限为0.1nmol/L。本研究成功证实了上转换荧光共振能量转移体系在侧流模型应用的可行性。     

聚胸腺嘧啶单链DNA-CuNCs荧光增强法用于汞离子的高灵敏检测

基于Hg~(2+)与DNA中胸腺嘧啶(T)结合的高度特异性和DNA铜纳米簇的荧光增强性质,构建了一种简便、灵敏检测汞离子的新方法.当Hg~(2+)存在时,聚T单链DNA(P1)通过T-Hg~(2+)-T特异性结合形成双链DNA,Cu~(2+)经抗坏血酸钠还原后生成的中间体Cu+与双链DNA螺旋结构间的氢键部分有强的结合力,促使Cu0附着聚集在双链DNA上形成铜纳米簇,导致体系荧光增强,从而实现对汞离子的高灵敏检测.体系荧光强度与Hg~(2+)浓度的对数值成正比,对Hg~(2+)检测的线性范围为1.0 nmol/L~10μmol/L,检出限达0.4 nmol/L,对湖水样品中Hg~(2+)检测的回收率达到97.2%~106.6%.与传统方法相比,该方法具有无需标记、检出限低及选择性好等优点,可用于环境水体中汞离子的测定.     

A calcium-modulated plasmonic switch

A plasmonic switch based on the calcium-induced conformational changes of calmodulin is shown to exhibit reversible wavelength modulations in response to changing calcium concentration. The extinction maximum (lambdamax) of a localized surface plasmon resonance (LSPR) sensor functionalized with a novel calmodulin construct, cutinase-calmodulin-cutinase (CutCaMCut), reversibly shifts by 2-3 nm. A high-resolution (HR) LSPR spectrometer with a wavelength resolution (3sigma) of 1.5 x 10-2 nm was developed to detect these wavelength modulations in real-time, providing information about the dynamics and structure of the protein. The rate of conversion from open (Ca2+-bound) to closed (Ca2+-free) calmodulin is shown to be 4-fold faster than the reverse process, with a closing rate of 0.127 s-1 and opening rate of 0.034 s-1. As far as we are aware, this plasmonic switch marks the first use of LSPR spectroscopy to detect reversible conformational changes in an unlabeled protein.     

非聚集金纳米棒比色传感器测定半胱氨酸

基于半胱氨酸（Cys）中的–SH与Hg2+配合生成稳定的Hg(Cys)₂,有效抑制抗坏血酸（Vc）还原Hg2+生成Hg0,进而抑制Hg0与金纳米棒（AuNRs）纵向部位的Au作用而生成金汞齐,导致AuNRs的纵向等离子体共振（Longitudinal surface plasmon resonance,LSPR）吸收峰红移,相应的吸光度（A）增大,并且伴随着溶液颜色的显著变化,同时随着Cys浓度的增大,吸光度A也逐渐增大,据此建立了一种快速     

基于色相算法的表面等离子体共振成像传感器对苯并芘的敏感特性

报道了一种用于原位探测水中苯并芘的彩色表面等离子体共振成像(SPRI)传感器,该传感器既能提供直观的图像信息,又能借助色相算法定量分析待测物质的浓度及其吸附/脱附过程。首先利用自制的波长-图像同步检测型SPR传感器测试了裸金薄膜芯片在不同入射角下的共振波长和共振图像,然后利用色相算法建立了SPR共振波长与图像色相的依赖关系,基于该依赖关系获得了SPR传感器最佳色相灵敏度对应的起始共振波长约为650 nm;另一方面,制备了聚四氟乙烯涂覆的SPR传感芯片,基于聚四氟乙烯膜对水中苯并芘的可逆富集作用实现了苯并芘的原位快速探测。实验取得以下4个结果:(1)在20-100 nmol?L-1浓度范围内彩色SPR图像的平均色相值随着苯并芘浓度的升高线性减小;(2)对100 nmol?L-1的苯并芘的响应和恢复时间分别约为7和5 s;(3)由于聚四氟乙烯膜的厚度大于SPR消逝场穿透深度,检测结果不受溶液折射率影响;(4)在聚四氟乙烯敏感膜厚度较小且不均匀的情况下,传感器容许获取敏感膜的不同厚度区域对苯并芘的色相灵敏度。实验结果有力地证明了这种彩色SPR图像传感器在生化物质检测中具有良好的应用前景。     

Resonance surface plasmon spectroscopy: low molecular weight substrate binding to cytochrome p450

A new detection mechanism has been developed for low molecular weight substrate binding to heme proteins based on resonance localized surface plasmon spectroscopy. Cytochrome P450 has strong electronic transitions in the visible wavelength region. Upon binding of a substrate molecule (e.g., camphor), the absorption band of cytochrome P450 shifts to shorter wavelength. The event of camphor binding to a nanoparticle surface modified with cytochrome P450 protein receptors is monitored using UV-vis spectroscopy. It is observed for the first time that the binding of the substrate molecules to the protein receptor induces a blue-shift in the localized surface plasmon resonance (LSPR) of the nanosensors. The coupling between the molecular resonance of the substrate-free and substrate-bound cytochrome P450 proteins and the nanoparticles' LSPR leads to a highly wavelength-dependent LSPR response. When the LSPR of the nanoparticles is located at a wavelength distant from the cytochrome P450 resonance, an average of approximately 19 nm red-shift is observed upon cytochrome P450 binding to the nanoparticles and a approximately 6 nm blue-shift is observed upon camphor binding However, this response is significantly amplified approximately 3 to 5 times when the LSPR of the nanoparticles is located at a slightly longer wavelength than the cytochrome P450 resonance, that is, a 66.2 nm red-shift upon cytochrome P450 binding and a 34.7 nm blue-shift upon camphor binding. This is the first example of the detection of small molecules binding to a protein modified nanoparticle surface on the basis of LSPR.