納米孔單通道記錄在金屬離子檢測中的應用.pdf

1、水資源是經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要物質基礎之一。研究并發(fā)展用于水污染物檢測和治理的新型技術，不僅是重大國家需求，也是前沿科學問題。在各類水污染物中，重金屬離子是很大一類，由于其難以被微生物降解，且進入人體后會長期積累，因此水體中只要有微量重金屬子即可產生很強的毒性效應，對人體危害極大。
　　 本論文擬采用一種新穎的檢測技術——納米孔單分子檢測技術用于水污染物中重金屬的高靈敏度檢測研究。該技術是近二十年發(fā)展起來的一種嶄新的單分子檢

2、測技術，但目前主要應用于DNA分子的測序研究，將其應用于重金屬離子檢測的研究報道很少。
　　 本論文基于Pb2+和Ba2+誘導富G寡核苷酸鏈形成G-四聯體結構的原理，設計篩選出適合在納米孔單通道記錄中檢測Pb2+和Ba2+的DNA探針。發(fā)展出一種簡單快速，靈敏度高、特異性強并在不存在掩蔽劑時可以同時檢測Pb2+和Ba2+的單分子檢測方法。
　　 論文第四章，合成了對稀土金屬離子有配位作用的鄰羧基苯甲醛-2-吡咯甲酰腙，并

3、證明了其是潛在的可應用于納米孔單通道記錄系統(tǒng)檢測稀土金屬離子的分子探針。
　　 論文具體內容如下:
　　 一、構建適合Pb2+，Ba2+檢測的納米孔單通道記錄檢測系統(tǒng)。
　　 在TBA和PS2.M兩段DNA序列的基礎上，設計了4條能與Pb2+形成G-四聯體的DNA探針，采用α-溶血毒素蛋白納米孔，篩選出了效果最明顯的DNA1——(A)30GTGGGTAGGGCGGGTTGG(A)30作為進一步研究檢測Pb2+和B

4、a2+的DNA探針。選擇0.5M(CH3)4NCl作為緩沖液鹽，在+180mV/+200mV電壓下記錄電流變化，構建了適合Pb2+，Ba2+檢測的納米孔單通道記錄檢測系統(tǒng)。
　　 二、利用該檢測系統(tǒng)，實現Pb2+和Ba+單獨存在時的定性和定量檢測。采用圓二色光譜(CD)研究了DNA1與Pb2+和Ba2+的相互作用，結果表明Pb2+和Ba2+都能誘導DNA1形成G-四聯體，而且Pb2+結合DNA1的能力強于Ba2+。相互作用的強弱

5、導致DNA1、Pb2+-DNA1、Ba2+-DNA1三者穿越蛋白納米孔的阻滯時間的不同，在事件信號的二維分布圖中可看出，Pb2+-DNA1和Ba2+-DNA1比對照組多出兩個位置有差異的特征信號區(qū)域。Pb2+-DNA1的解鏈時間長于Ba2+-DNA1，事件密度最大的區(qū)域分別出現在100ms和10～20ms處。研究了在Pb2+，Ba2+單獨存在時，可能的12種干擾離子(K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Li+、Zn2+、Cd2+

6、、Cu2+、Cr3+、Fe3+、Hg2+)的影響，證實了該方法有高的選擇性。通過不對稱鹽濃度梯度實驗，量化特征信號區(qū)的事件，使得Pb2+和Ba2+的檢測限都降低至0.8nM。
　　 三、實現Pb2+和Ba2+的同時檢測。Pb2+和Ba2+與DNA序列探針摩爾比對檢測的影響研究表明:DNA1∶Pb2+=1∶1與DNA1∶Ba2+=1∶1疊加信號、DNA1∶Pb2+∶Ba2+=2∶1∶1、DNA1∶Pb2+∶Ba2+=1∶1∶1、D

7、NA1∶Pb2+∶Ba2+=1∶2∶2分峰面積比ABa/APb分別為0.53、0.52、0.35、0.3;說明DNA1和金屬離子的比例關系對檢測有很大的影響，當DNA1量不變時，ABa/APb的值會隨著Pb2+和Ba2+的量變大而變小。通過分峰可實現Pb2+和Ba2+共存時的半定量檢測。
　　 四、合成并通過1HNMR、13CNMR表征了鄰羧基苯甲醛-2-吡咯甲酰腙。通過元素分析、紅外光譜分析對其與13種稀土金屬離子(RE=La

8、3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Yb3+、Y3+)的配位作用進行了考察，證明形成的配合物組成為:RE(C13H10N3O3)(C13H11N3O3)·2H2O，結構為:一個稀土離子與兩分子酰腙及兩分子水配位，其中一個配體失去一個氫原子。說明該酰腙與稀土離子有相互作用，是潛在的可以應用于納米孔單通道記錄系統(tǒng)檢測稀土金屬離子的分子探針。
　　 綜上所述，本論文