背景技術(shù)：
：：重金屬是指比重大于5的金屬，在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒.重金屬主要有Au、Ag、Cu、Pb、Ni、Co、Cr、Hg、Cd、As等45種，其中對人體危害最大的有Pb、Hg、Cd、As、Cr等[1,2]，因此重金屬檢測技術(shù)研究，也通常以這五種重金屬為目標模型。傳統(tǒng)的重金屬檢測技術(shù)很多，具有檢測精度高、范圍寬的優(yōu)點，目前已形成了各國的實驗室評價體系；但是，傳統(tǒng)的重金屬檢測設備昂貴、不便于攜帶，因此，仍無法滿足現(xiàn)代水環(huán)境檢測中，對于多種重金屬同時、快速、自動檢測的需求。為此，研制重金屬檢測的新技術(shù)、新方法、新設備，已成為化學、生物、敏感電子學等諸多領(lǐng)域的研究熱點。首先，電化學檢測技術(shù)是建立在電化學基本原理上的檢測方法，是許多生物、醫(yī)學檢測系統(tǒng)的基礎，在重金屬檢測領(lǐng)域也備受關(guān)注，各種電化學測試裝置不斷提出，如，現(xiàn)場測定鉛、鎘、鋅、鎳、銅、汞等重金屬離子的電化學裝置[3,4]；小型無線遙控的電化學環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[5]；水污染動態(tài)實時監(jiān)測的便攜式電子舌分析儀[6]；鋅、鎘、鉛、銅、錳和砷等重金屬離子的自動環(huán)境監(jiān)測電子舌[7]；等等。其中基于陽極溶出伏安法(AnodicStrippingVoltammetry，ASV)的重金屬檢測設備應用較為廣泛[8]，如澳大利亞MTI公司的PDV6000重金屬測定儀(通過了USEPA認證)，既可用于實驗室檢測，也可用于現(xiàn)場檢測，目標物包括水、工業(yè)廢水、醫(yī)藥品、飲料、土壤及食物提取液等液態(tài)樣品，檢測過程小于20分鐘，檢測范圍4μg/L～300mg/L；美國Thermofisher在線重金屬監(jiān)測儀EcaMon10使用的電化學技術(shù)，具有極低檢測限、測量范圍廣、準確度高、選擇性好、抗干擾能力強等優(yōu)勢，在水質(zhì)、環(huán)保、電鍍，冶煉等領(lǐng)域都有較好應用效果；英國Wagtech公司生產(chǎn)的MetalyserHM1000八大重金屬檢測儀，測量土壤和水中的重金屬到PPB級，可以測量常見的八種重金屬，如砷、鎘、銅、汞、鉛等；加拿大AVVOR公司生產(chǎn)的AVVOR9000重金屬在線監(jiān)測儀，采用陽極溶出伏安法，可測元素有,鉛(Pb),(Zn),鎘(Cd),砷(As),汞(Hg),鈷(Co),鉬(Mo),金(Au),銀(Ag),鉻(Cr)等。國產(chǎn)的有NanoTek2000便攜式重金屬測定儀，可檢測包括砷、銅、汞、鋅、鎘、鉛、鉻、鎳、鐵等重金屬離子。HSTD-EC2重金屬電化學分析儀，項目檢測限10ppb，同時，配備微波消解儀，實現(xiàn)茶葉等農(nóng)作物重金屬的檢測。IGS10M便攜式重金屬檢測系統(tǒng)，可同時檢測多種重金屬離子。蘭力科公司的LK98微量元素分析儀，可以快速測定血液中的銅、鋅、鎘、鉛、鐵等重金屬離子。隨著微納米技術(shù)、集成電路制造的成熟，嵌入式、便攜式、低成本、低功耗的電化學測量系統(tǒng)成為可能，如：基于嵌入式系統(tǒng)的低功耗、便攜式電化學檢測系統(tǒng)[9]，微弱電流檢測的微型化電化學檢測系統(tǒng)[10]，以及智能化[11]和低功耗的[12]電化學檢測系統(tǒng)等。新型便攜式電化學檢測裝置，也被引入重金屬檢測領(lǐng)域，美國Tracedetect公司先后研制了針對于ArsenicGuard、MetalGuard、SafeGuard、Explorer系列檢測設備，以及配套電極和試劑，在水質(zhì)、飲料、工業(yè)用水等多領(lǐng)域得到應用，其中ExplorerII系列體積小、重量輕(1.58Kg)非常適于野外現(xiàn)場檢測。我國浙江大學課題組也開展了基于微帶狀電極陣列的重金屬檢測系統(tǒng)的研究，先后實現(xiàn)了對六價鉻、鉛、銅等金屬的檢測，同時他們還創(chuàng)新性的將光尋址電位傳感器(LightAddressablePotentiometricSensors,LAPS)與微電極陣列集成，構(gòu)成了光電復合型微陣列芯片，利用LAPS監(jiān)測pH構(gòu)成自校準體系。在電極方面，傳統(tǒng)的重金屬檢測電極多采用汞膜電極，對操作人員和環(huán)境均具有毒性，因此非汞電極的研究是電化學重金屬檢測中的重要內(nèi)容之一。自2000年鉍膜-重金屬檢測電極被首次提出后[13]，便立即引起學術(shù)界的極大關(guān)注[14,15]，各種低毒、廉價、穩(wěn)定、電位范圍寬的非汞電極，如鉍膜電極[16]、銻膜電極[17,18]、鎵膜電極[19]以及合金電極[20]，等等。然而，現(xiàn)有電化學法重金屬檢測的研究，仍以傳統(tǒng)的固體電極(如玻璃碳電極、金電極、鉑電極等)為載體，電極的微型化、陣列化、活性的保存等，都是實現(xiàn)多通道、現(xiàn)場、快速檢測的難點；同時，化學、生物學、環(huán)境科學等的飛速發(fā)展，又對重金屬檢測提出了無污染、快速、高通量、多指標、穩(wěn)定的新要求。第二，生物傳感器也是重金屬檢測領(lǐng)域的重要部分。如，免疫型重金屬離子傳感器[21]，該方法具有檢測速度較快、費用低廉、簡單易攜、靈敏和特異性高的特點[22]，可用于對環(huán)境中汞、鉛、砷、鉻等重金屬離子的檢測[23,24]；功能化DNA分子的重金屬離子傳感器[25]，以重金屬與核酸分子間的特異性結(jié)合為原理，例如，二價汞離子(Hg2+)與胸腺嘧啶(T)之間特異性形成T-Hg2+-T復合物原理，可設計不同的生物傳感器實現(xiàn)特異性檢測二價汞離子[26]。這種基于核酸適配體的傳感器，可以實現(xiàn)對特定物質(zhì)高親和性和特異性的結(jié)合[27]，理論上存在與任一小分子、大分子甚至細胞對應的適配體，在重金屬離子檢測中具有很好的前景。目前，已經(jīng)篩選得到了金屬離子的適配體[28]，適配體和目標物的結(jié)合通常在皮摩爾至納摩爾級，與抗體相當，有些甚至超過抗體[29-33]，可以通過固相合成快速大量擴增，具有易純化，成本低，穩(wěn)定，保存周期長等優(yōu)點。Zhang等.綜述了DNA分子和DNA酶在金屬離子檢測方面的應用，結(jié)果表明以DNA分子和DNA酶為識別單元的金屬離子檢測系統(tǒng)將會有廣泛應用前景。但前期報道的工作以實現(xiàn)單個金屬離子的檢測為主，基于DNA分子和DNA酶的高通量、多通道的重金屬離子檢測未見報道。最后，從重金屬檢測的知識產(chǎn)權(quán)來看，國內(nèi)的相關(guān)專利有135個，其中僅有4項與重金屬在線檢測技術(shù)相關(guān)(“多合一重金屬在線分析儀”，專利號：201010234310.1；“重金屬在線分析儀”，專利號：201110028547.9；“多合一重金屬在線分析儀”，專利號：201020268345.2；“廢水中多種重金屬元素的實時在線檢測裝置”，專利號：200820190025.2)，這四個專利中前3個均未涉及電化學重金屬檢測技術(shù)，而只是關(guān)于采樣檢測流程的設計，第四個為光學檢測方法。與便攜式重金屬檢測相關(guān)專利有3個(“便攜式重金屬鉻傳感器”，專利號：201020190697.0；“便攜式重金屬鉛、鎘及鋅傳感器”，專利號：201020190688.1；“便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器及其制備工藝和檢測方法”，專利號：201010172244.X)，與重金屬檢測試紙相關(guān)的專利有6項(一種快速檢測重金屬汞的試紙、制備方法和應用，專利號：200510013377.1；一種快速檢測重金屬鎘的試紙、制備方法和應用，專利號：200510013379.0；一種快速檢測重金屬鉛鎘汞的試紙、制備方法和應用，專利號：200510013380.3；用于檢測水質(zhì)中重金屬鉻的試紙條及其制備方法，專利號：201010590486.0；一種重金屬檢測試紙及其制備方法和應用，專利號：201010210460.9；一種檢測多種重金屬的檢測卡，專利號：201020521531.2；多種重金屬聯(lián)合檢測卡，專利號：201020521537.X；一種重金屬檢測試劑盒，專利號：201020250440.X)，其中我們對201020250440.X擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。經(jīng)查詢國際專利，和重金屬檢測相關(guān)的有：Hydrophlicfilmfordetectionofheavymetals(US4309186A)，Detectionandmeasurmentofheavymetals(US5391270A)，Heavymetalbiosensor(US2011/117590A1)和SimultaneousElectrochemicaldetectionofmultipleheavymetalionsinliquid(US2011/284395A1)。US4309186A介紹了一種重金屬檢測的疏水膜，但其穩(wěn)定性差，不可再生；US5391270A采用的是電化學伏安法檢測汞，金，銀，鈣，鈦等離子，但靈敏度不高，不適用于現(xiàn)場檢測；US2011/117590A1使用的是細菌全細胞生物傳感系統(tǒng)檢測重金屬，產(chǎn)業(yè)化困難，穩(wěn)定性差，對環(huán)境溫度要求高；US2011/284395A1介紹了一種可以同時檢測鉛、鋅、銅、汞、砷的電化學檢測法，基于化學熒光和酶催化的方法，作者聲稱可以達到對重金屬的最低檢測線可達ng/L，但實驗條件要求較高，不適用現(xiàn)場的檢測。綜上所述，實現(xiàn)多種重金屬的多通道、高通量、快速、現(xiàn)場檢測是社會和經(jīng)濟發(fā)展的必然需求，也是科技發(fā)展的必然趨勢，本發(fā)明所提出的“一種基于適配體-光尋址電位傳感器的重金屬檢測方法”，具有較好的社會和經(jīng)濟前景，經(jīng)檢索未見報道。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種“一種基于適配體-光尋址電位傳感器的重金屬檢測方法”，該方法以陣列式布局的光尋址電位傳感器作為襯底，不同種類的重金屬離子適配體探針固定于各光尋址傳感器上表面，可實現(xiàn)多種重金屬離子的高靈敏度、高可靠性、高分辨率的重金屬離子檢測，可解決傳統(tǒng)電化學型汞電極具有毒性、對環(huán)境的二次污染等問題。本發(fā)明的技術(shù)特點：(1)采用光尋址電位傳感器作為襯底。(2)采用重金屬離子的適配體探針對光尋址電位傳感器進行功能化處理。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所提出的“一種基于適配體-光尋址電位傳感器的重金屬檢測方法”，既可用于重金屬污染的常規(guī)監(jiān)測，又可用于非管網(wǎng)供水地區(qū)、突發(fā)水污染事件發(fā)生現(xiàn)場對水質(zhì)重金屬進行快速檢測，是對現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測體系的有益補充，并能夠在突發(fā)水污染事件時，實現(xiàn)實時遠程傳輸，便于相關(guān)部門及時作出準確判斷和制定應急處理方案。與現(xiàn)有電化學重金屬檢測和監(jiān)測方法相比，具有以下三點有益效果：(1)由于采用陣列式光尋址電位傳感器作為襯底，可在其表面固定不同重金屬離子的探針，實現(xiàn)多種重金屬離子的同時檢測。(2)由于采用光尋址電位傳感器作為襯底，可直接將其表面適配體探針捕獲重金屬離子前后的電化學信息，轉(zhuǎn)化為輸出電流；與傳統(tǒng)電化學電極相比，光尋址電位傳感器是一種半導體器件，不僅可將電化學信息轉(zhuǎn)化為電流，而且具有放大作用，可實現(xiàn)痕量重金屬的高靈敏度檢測?！揪唧w實施方式】步驟一：光尋址傳感器襯底的功能化處理，先用食人魚溶液浸泡光尋址傳感器，再用超純水沖洗，然后用APTES硅烷化處理，最后將末端固定有氨基的重金屬適配體探針固定于光尋址傳感器襯底上表面。步驟二：原始水體樣本的預處理，即，原始樣本經(jīng)活性炭吸附過濾后，由功能化超細纖維薄膜富集其中的重金屬離子，然后再將金屬離子洗脫，形成待測溶液。步驟三：定量檢測，將適配體-光尋址電位傳感器裝載在“光電型生化量半導體傳感器的封裝探頭[34]”，將待測溶液注入芯片上表面，測量光尋址電位傳感器輸出電流后，采用校正曲線法，對被測重金屬離子濃度進行定量分析。【參考文獻】[1]姚振興,辛曉東,司維,等.重金屬檢測方法的研究進展[J].分析測試技術(shù)與儀器,2011,17(1):29-35.[2]孫博思,趙麗嬌,任婷,等.水環(huán)境中重金屬檢測方法研究進展[J].環(huán)境科學與技術(shù),2012,35(7):157-162.[3]ChristidisK,RobertsonP,GowKetal.On-sitemonitoringandcartographicalmappingofheavymetals.InstrumSciTech,2006,34(5):489-499[4]ChristidisK,RobertsonPKJ,GowKSetal.Aciditycompensationofelectrochemicalmeasurementsforon-sitemonitoringofheavymetals.TransInstMeasControl,2006,28(4):323-333[5]YunKS,GilJ,KimJetal.Aminiaturizedlow-powerwirelessremoteenvironmentalmonitoringsystembasedonelectrochemicalanalysis.SensActuatB,2004,102(1):27-34[6]潘躍峰,吝濤,付靜，等。水污染動態(tài)實時監(jiān)測的便攜式電子舌分析儀，微納電子技術(shù)，2007,(7-8):351[7]鄒紹芳,范影樂,王平。基于微電極陣列的自動環(huán)境監(jiān)測電子舌的設計，儀器儀表學報，2007,28(9):1641[8]余若禎,王紅梅,方征,等.重金屬離子快速檢測技術(shù)研究與應用進展[J].環(huán)境工程技術(shù)學報,2011,1(5):438-442.[9]SylviaKwakye,A.B..Anembeddedsystemforportableelectrochemicaldetection.SensorsandActuatorsB,2007,123:336-343.[10]YanShi,H.D.,AnhongZhou,YangQuanChen.Designandfabricationofaminiaturizedelectrochemicalinstrumentanditspreliminaryevaluation.SensorsandActuatorsB,2008,131:516-524.[11]C.F.Oduoza,P.R.F.,R.M.Miller.Designofanintelligentelectrochemicalsystemusingcyberneticinstrumentation.LaboratoryAutomationandInformationManagement,1996,32:71-85.[12]CarlynLoncaric,Y.T.,CassieHo,etc.AUSB-basedelectrochemicalbiosensorprototypeforpoint-of-carediagnosis.SensorsandActuatorsB,2012,161:908-913.[13]WangJ,LuJM,HocevarSBetal.Bismuth-coatedcarbonelectrodesforanodicstrippingvoltammetry.AnalChem,2000,72(14):3218-3222[14]EconomouA.Bismuth-filmelectrodes:recentdevelopmentsandpotentialitiesforelectroanalysis.TrendsAnalChem,2005,24(4):334-340[15]WangJ.Strippinganalysisatbismuthelectrodes:Areview.Electroanal,2005,17(15-16):1341-1346[16]KokkinosC,EconomouA.Strippinganalysisatbismuth-basedelectrodes.CurrentAnalChem,2008,4(3):183-190[17]TesarovaE,BaldrianovaL,HocevarSBetal.Anodicstrippingvoltammetricmeasurementoftraceheavymetalsatantimonyfilmcarbonpasteelectrode.ElectrochimActa,2009,54(5):1506-1510[18]HocevarSB,SvancaraI,OgorevcBetal.Antimonyfilmelectrodeforelectrochemicalstrippinganalysis.AnalChem,2007,79(22):8639-8643[19]TyszczukK,KorolczukM,GrabarczykM.Applicationofgalliumfilmelectrodeforeliminationofcopperinterferenceinanodicstrippingvoltammetryofzinc.Talanta,2007,71(5):2098-2101[20]MikkelsenO,StrasunskieneK,SkogvoldSMetal.Solidalloyelectrodesinstrippingvoltammetry.CurrentAnalChem,2008,4(3):202-205[21]湯琳,曾光明,黃國和,等.免疫傳感器用于環(huán)境中痕量有害物質(zhì)檢測的研究進展[J].環(huán)境科學,2004,25(4):170-176[22]江天久,牛濤.重金屬污染物的免疫學檢測技術(shù)研究進展[J].生態(tài)環(huán)境2005,14(4):590-595[23]ZhouY,ZhangY,PanF,etal.Acompetitiveimmunochromatographicassaybasedonanovelprobeforthedetectionofmercury(II)ionsinwatersamples.BiosensorsandBioelectronics,2010,25(11):2534-2538[24]GhoshS,PriyamA,BhattacharyaSC,etal.MechanisticaspectsofquantumdotbasedprobingofCu(II)ions:roleofdendrimerinsensorefficiency.JournalofFluorescence,2009,19(4):723-731[25]SwearingenCB,WernetteDP,CropekDM,etal.ImmobilizationofacatalyticDNAmolecularbeacononAuforPb(II)detection.AnalyticalChemistry,2005,77(2):442-448[26]LiuJ,CaoZ,LuY.Functionalnucleicacidsensors.ChemicalReviews,2009,109(5):1948-98[27]P.J.Bates,D.A.Laber,D.M.Miller,S.D.Thomas,J.O.Trent,DiscoveryanddevelopmentoftheG-richoligonucleotideAS1411asanoveltreatmentforcancer.ExperimentalandMolecularPathology2009,86,151-164.[28]ZhangX.B.,KongR.M.,LuY.MetalionsensorsbasedonDNAzymesandrelatedDNAmolecules.Annu.Rev.Anal.Chem.2011,4,105-28.[29]Shangguan,D.；Cao,Z.；Meng,L.；Mallikaratchy,P.；Sefah,K.；Wang,H.；Li,Y.；Tan,W.:Cell-SpecificAptamerProbesforMembraneProteinElucidationinCancerCells.JournalofProteomeResearch2008,7,2133-2139.[30]Gragoudas,E.S.；Adamis,A.P.；Cunningham,E.T.；Feinsod,M.；Guyer,D.R.:PegaptanibforNeovascularAge-RelatedMacularDegeneration.NewEnglandJournalofMedicine2004,351,2805-2816.[31]O’Donoghue,M.；Shi,X.；Fang,X.；Tan,W.:Single-moleculeatomicforcemicroscopyonlivecellscomparesaptamerandantibodyruptureforces.AnalyticalandBioanalyticalChemistry2012,402,3205-3209.[32]Zhu,G.；Ye,M.；Donovan,M.J.；Song,E.；Zhao,Z.；Tan,W.:Nucleicacidaptamers:anemergingfrontierincancertherapy.ChemicalCommunications2012,48,10472-10480.[33]Yuan,Q.；Lu,D.；Zhang,X.；Chen,Z.；Tan,W.:Aptamer-conjugatedopticalnanomaterialsforbioanalysis.TrACTrendsinAnalyticalChemistry2012,39,72-86.[34]賈蕓芳.光電型生化量半導體傳感器的封裝探頭.中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局,發(fā)明專利：ZL2001010247806.2，授權(quán)日：2014年10月。當前第1頁1 2 3 當前第1頁1 2 3