[发明专利]一种基于表面增强拉曼散射技术的汞离子定量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于表面增强拉曼散射技术的汞离子定量检测方法，首先通过纳米压印获得金纳米手指阵列结构，然后在Au纳米手指阵列结构上通过硫氢键修饰特定单链DNA，在DNA溶液挥发过程中坍塌手指阵列结构，最后通过滴定汞离子溶液，使得卧倒在Au表面的单链DNA变成垂直于Au表面的双链DNA螺旋空间结构，这样使DNA中的末端碱基分子远离间隙中形成的耦合增强电磁场，因而其SERS信号降低。本发明可同时实现混合溶液中Hg离子的无干扰高选择性及高灵敏度检测。

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种基于表面增强拉曼散射技术的 汞离子定量检测方法。

背景技术

汞(II)(Hg²⁺)是水环境中广泛存在的污染物，可能对人体健康造成严重危害。 汞离子，特别是甲基汞可通过食物链在人体内富集，并诱发肾脏、中枢神经系统、 消化系统的永久性损害，导致多种慢性疾病(New England Journal of Medicine, 2003,349(18):1731-1737)。因此，Hg²⁺的高选择和高灵敏性定量检测一直是人们 长期关注的问题。目前已开发出多种Hg²⁺检测方法，包括有机染料探针、共轭 聚合物、电化学阳极剥离伏安法。这些方法通常依赖于配位化学和汞离子的氧化 -还原特性，因此检测系统大多受到化学反应条件及使用环境(实验室)的限制。 近来，可以利用一些生物识别材料来提高Hg²⁺的检测特异性，其中包括适配体 DNA、核酸酶和蛋白质。对于DNA适配体来说，碱基分子胸腺嘧啶-Hg²⁺-胸腺 嘧啶(T-Hg²⁺-T)的特异性相互作用受到生物研究方向的特别关注。利用这种相互 作用，研究人员通过电化学、荧光光谱和比色检测等方法开发了一系列全新的 Hg²⁺检测探针和传感器。例如Yang等利用荧光素修饰的单链DNA和金纳米粒子， 通过荧光和比色法检测Hg²⁺离子(Analytical Chemistry,2008,80(23):9021-9028)。 Chen等利用基于金纳米粒子的比色纸分析装置检测汞离子(Analytical Chemistry,2014,86(14):6843-6849)。

目前，基于金属微纳结构表面等离激元光学效应的表面增强拉曼散射(SERS) 在物理学、化学、材料学、生物医学等领域都有着广泛的应用。其增强原理是基 于金属纳米结构的表面等离激元效应的共振激发，从而在金属纳米结构表面形成 增强的电磁场，使得位于金属表面增强电磁场附近分子的拉曼信号得到极大增强， 一般拉曼信号的增强因子与增强电磁场强度的四次方成正比。相对于其它测量手 段，拉曼探测具有分子识别和指纹性质，且对水溶液不敏感，对生物分子的探测 尤其有用。但拉曼光谱的缺点是信号非常弱，而采用表面增强拉曼技术使得这一 难题得到解决。因此，表面增强拉曼光谱技术可真正应用于生物分子的微量检测 领域。

如何调控局域光场的激发并获得较强的局域光场态密度，对于其增强SERS 的效率至关重要。相比单个纳米结构的共振激发，金属耦合结构由于结构之间存 在间隙等离激元耦合效应而会产生更强的局域光场，因而受到广泛关注。1999 年武汉大学徐红星院士针对SERS单分子检测的实验现象(Phys.Rev.Lett.,1999, 83(21):4357-4360)，首次发现是由Ag纳米粒子之间超小间隙中的耦合电磁场引 起的，场增强可达10³倍以上，使SERS增强因子达到10¹²，从而解释了SERS的单 分子检测现象。近年来，英国伯明翰大学张霜教授等利用卷曲纳米碗结合介质、 金纳米粒子沉积得到金耦合结构，实现了宽频段的单分子SERS检测(Nat. Commun.,2018,9(1):5248-5255)。