食品检测中基于荧光标记的DNA 分子和氧化石墨烯体系检测汞离子

食品检测中基于荧光标记的DNA 分子和氧化石墨烯体系检测汞离子
作者：邢思琦
来源：《山西农经》 2017年第22期
摘要：本文构建了一种食品检测中氧化石墨烯/金纳米粒子（GO/AuNPs）的荧光传感平台，选用带有荧光基团的DNA适配体作为荧光探针。

当DNA适配体依附到氧化石墨烯（GO）表面上，荧光产生猝灭；加入金属离子汞（Hg2+）后，荧光强度恢复。

根据荧光强度的变化，得到Hg2+ 的检测限为5 nM，检测范围在0 -200 nM之间。

此外，基于GO/AuNPs的荧光传感器可发展成
为接受并检测多种目标分子的技术平台。

关键词：氧化石墨烯/金纳米粒子（GO/AuNPs）；汞离子（Hg2+）；荧光猝灭
文章编号：1004-7026（2017）22-0066-02
中国图书分类号：TP212.3;O657.3
文献标志码：A
在各种检测技术应运而生的年代，生物传感器由于其选择特异性、灵敏度较高、分析快速、成本低廉、连续检测等优点，已被应用在食品检测、化学与化工、临床医药、环境监测与监督
等多个领域。

特别是与传统学科结合的研发过程中，迸发出新的潜能。

DNA传感器是在原传感
器的基础上，将探针DNA转变为可检测的荧光信号[1]。

在检测过程中，通常在DNA探针上固定一条DNA单链，通过杂交，与另一条DNA进行特异性识别。

目前，已开发的DNA生物传感器在
食品检测过程中可用于测定苹果汁，白酒，果酱中的葡萄糖含量[2]；在食品安全评价中可通过测定降解过程中产生物质的浓度来评价鲜度；在环境监测方面可用于检测水资源和大气的污染
程度[3]；在军事医学的方面可用于细胞、生物毒素等的快速监测；在法医学方面也可用作DNA
鉴定和亲子认证。

本文构建了一个食品检测中基于DNA适配体和GO/AuNPs以检测Hg2+的荧光生物传感器[4-5]。

适配体上的荧光基团作为能量提供者及识别探针，GO/AuNPs作为荧光共振能量转移的接受者。

在适配体直接与GO/AuNPs相连时，荧光猝灭。

当加入Hg2+时，其与胸腺嘧啶形成复合物
结构，使适配体脱离GO表面，荧光强度得到恢复。

通过复合物荧光强度的变化，以测定金属
Hg2+的含量。

1 材料与方法
1.1 化学品试剂
石墨烯粉末，去离子水，高锰酸钾，质量分数为10%的盐酸溶液，氯金酸，柠檬酸钠，适
配体，汞离子，质量分数为50%的硫酸溶液，过氧化氢。

1.2 仪器与设备
荧光光谱仪（日立F-2700，日本）；紫外-可见吸收光谱仪（岛津UV-2550，日本）
1.3 实验步骤
1.3.1 GO的制备。

将2g石墨烯粉末，2g过硫酸钾和2g五氧化二磷放入27mL硫酸溶液中，85℃下搅拌5h。

然后将混合溶液冷却至室温，并加入500mL去离子水。

将该混合物搅拌过夜，
过滤后在室温下干燥。

将干燥后的石墨烯粉末加到冷却的硫酸中。

在冰浴系统中缓慢加入10g
高锰酸钾，同时搅拌1h，并在室温下反应24h。

随后加入500mL去离子水，然后加入20mL过氧化氢溶液。

在该步骤中，溶液从深棕色变为黄色。

然后将所得产物用1L10％的盐酸和1L的去
离子水冲洗，过滤以去除未反应的物质。

将产物在60℃下干燥。

1.3.2 GO/AuNPs复合物的合成。

取浓度为1.5mg/mLGO5mL加到100mL浓度为0.095g/mL
的氯金酸溶液中，超声处理30min以促进金离子与GO表面的结合。

将反应物加热至80℃，然
后滴加1.92mL浓度为0.85mol/L柠檬酸钠溶液，反应1h。

然后将所得溶液离心10min，并用蒸馏水晃洗几次以去除游离的Au纳米粒子。

最后，将所得的GO/AuNPs复合物在60℃下干燥。

1.3.3 DNA生物传感器的构建。

取1mL浓度为0.45mg/mL的GO/AuNPs复合物溶液与一系
列不同浓度的DNA分别依次加入到2ml的试管内，彻底摇动并平衡10min，用缓冲液将pH值调
至8。

1.3.4 检测Hg2+。

取900L的上述混合溶液，分别加入100L浓度不同的Hg2+溶液，充
分震荡，将pH调至8。

用荧光分析仪检测信号。

2 结果与讨论
2.1 GO/AuNPs复合物的表征
如图1所示，由于适配体上的荧光基团与GO表面结合而发生荧光共振能量转移，致使荧光发生猝灭。

向溶液中加入AuNPs后，荧光猝灭能力增强。

2.2 GO/AuNPs复合物浓度的优化
如图2所示，加入不同浓度的GO/AuNPs，当GO/AuNPs的浓度在0.45mg/mL的情况下，荧
光强度为最强。

2.3 Hg2+的检测
向复合物中加入不同的金属离子，如图3所示，加入时荧光强度恢复，这是由于加入Hg2+后，其与适配体上的胸腺嘧啶结合，使 DNA适配体形成“豌豆荚”的结构，从而脱离 GO/ AuNPs，荧光能量共振转移过程被破坏，使荧光强度得以恢复到原始状态。

图4为传感器响应的线性范围，说明荧光强度的恢复与Hg2+的浓度线性相关。

线性回归方
程为F/F0-1=0.0025CHg2++0.06，系数为0.965。

Hg2+的检测限为5nM。

2.4 结论
本实验构建了一种由GO/AuNPs，DNA适配体组成的荧光传感平台。

当加入GO/AuNPs时，DNA荧光发生猝灭且强于只加入GO的体系。

当加入Hg2+后荧光强度恢复。

本文的研究为Hg2+
的检测提供了进一步的技术支持，可以实现对水和化妆品中汞含量的有效检测。

参考文献：
[1]吴狄,王坤,邓祥,黄小梅.荧光法快速检测汞离子研究[J].绿色科技,2012(05).
[2]王永松,王永生,王嘉成,尹纪成,钱秋梅.金纳米-金属硫蛋白紫外分光分度法检测汞离子[J].应用化工,2013(03).。