[发明专利]可用于检测水体中痕量汞的电化学传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及汞离子含量的检测技术领域，尤其涉及一种可用于检测汞离子的电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

汞及其化合物对环境和人体健康的危害十分巨大，曾经名噪一时的“水俣病”就是环境中汞污染造成的。汞在环境中以多种形式（无机、有机或混合形式）存在，经过长期接触或通过食物链的生物累积进入人体，能危害人的大脑、中枢神经系统、免疫系统、肾脏以及其他器官，造成多种急、慢性疾病。因此，高效灵敏地监测分析食品、水体以及与人类生活息息相关的环境中的汞含量，不仅能满足人们对健康生活环境的要求，同时还能了解环境中汞污染的特征，便于汞污染的控制与治理，具有重大的现实意义。鉴于汞污染的危害，很多国家都制定了相应的环境污染规范以保证环境和人体健康，比如美国环保局规定饮用水中汞含量不能高于10nmol·L^-1。

传统的汞含量分析方法，如耦合等离子质谱(ICP-MS)、原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱法（AFS）、离子色谱法（IC）等，这些方法大多设备庞大，对操作要求较高，运行费用高昂，并且受到仪器本身和检测环境条件的限制，常常需要繁杂的预处理，这限制了传统方法在环境样品痕量汞监测中的推广应用。此外，还有一些基于汞离子的简单配位化学或氧化还原反应的汞检测方法，包括诸如利用有机荧光团或发色团、金属/半导体纳米粒子或共轭聚合物的光学检测和阳极电化学检测伏安法等，这些方法往往存在检测灵敏度不高、检测特异性不好或者在检测过程中需要添加有机介质等缺陷，分析效率也有待提高。

近年来，用于汞离子检测的传感器技术也得到很大发展。其中，基于富含胸腺嘧啶（T-T）的汞特异性寡核苷酸片段与汞离子错配形成T-Hg²⁺-T结构的传感器技术发展迅速，包括利用纳米金表面吸附不同基因片段而在溶液中呈现不同颜色的比色法传感器；利用T-Hg²⁺-T错配双链结构构建的信号开关式传感器（例如信号关闭式荧光猝灭传感器，或信号打开式的荧光或电化学传感器）；利用双链DNA信号嵌入剂表征形成T-Hg²⁺-T错配双链结构的电化学传感器等，这类传感器检测Hg²⁺时均表现出相当的敏感性和选择性。充分利用汞特异性寡核苷酸技术，结合新型材料技术开发环境适应性强的痕量汞检测方法，符合现代环境监测技术发展的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、实用、制作和使用方便的可用于高效检测水体中痕量汞的电化学传感器及相应的制备方法，还提供一种操作简单、抗环境冲击力强、灵敏度高、选择特异性好的用本发明的电化学传感器检测水体中痕量汞的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种可用于检测水体中痕量汞的电化学传感器，所述传感器包括一可在三电极系统中用作工作电极的金电极，所述金电极的反应端表面沉积有金纳米簇，所述金纳米簇上自组装有巯基修饰的可利用T-Hg²⁺-T错配形成双链DNA结构的汞特异性寡核苷酸探针。

上述的电化学传感器中，所述汞特异性寡核苷酸探针的核苷酸序列特别优选为：5’-TCATGT TTG TTT GTT GGC CCC CCT TCT TTC TTA-3’。相应的，经过巯基修饰后的汞特异性寡核苷酸探针的核苷酸序列为5’-SH-(CH₂)₆-TCA TGT TTG TTT GTT GGC CCC CCT TCTTTC TTA-3’。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：首先制作一金电极（所述金电极可以为常规金电极，主要由空心的PVC管和填充于PVC管中的芯棒组成，芯棒的主体采用铜棒，铜棒的一端外露，另一端位于PVC管内并连接金棒，再由金棒延伸出所述金电极反应端的端表面）；所述金电极制作完成后，在其反应端的端表面进行预处理，然后采用“一步法”电沉积金纳米簇以形成空间反应域，再取所述巯基修饰的可利用T-Hg²⁺-T错配形成双链DNA结构的汞特异性寡核苷酸探针在端表面进行自组装，在该端表面上构建成可特异性捕获离子汞的立体反应域，完成电化学传感器的制作。