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功能化纳米金目视检测铅

更新时间:2016-07-05

铅难以被微生物自然降解,微量的铅会随着食物链慢慢在人体及动物体内累积,当铅累积至一定量时,便会对人体的九大系统造成一定程度的损害。当前,铅污染已对人类生存环境造成了严重的威胁,所以,控制铅污染是十分必要的。目前,检测铅含量的方法如光谱、质谱、色谱和电化学分析法已经开发出来[1-4],这些方法虽然检测灵敏度高、选择性强、准确度高,但大多依赖大型仪器设备、耗时、费用高、不便携带,并需要训练有素的专业技术人员对复杂样品进行预处理,不利于现场监测铅含量。因此,人们对研究一个具有高灵敏度、高选择性、低费用、能实时分析,以及需要少量的样品预处理就可以检测铅的方法充满兴趣。

研究表明,脱氧核酶DNA分子对许多特定的化学反应具有高催化活性。1994年首次报道“8-17”脱氧核酶对铅具有高特异性[5],反应机理主要是当出现Pb2+时,酶链将底物链剪切成两段[6-8]。同时,基于“8-17”脱氧核酶检测Pb2+的各种生物传感器已经被设计出来,其检出限范围是皮摩尔水平到微摩尔的水平[9-10]。然而,大多数生物传感器因其操作的复杂性不适合现场测试,陆和[11]研究出一个方便又实用的涂有“8-17”脱氧核酶和纳米金的试纸来检测Pb2+,检出限为0.5μmol/L,但是,它在一些特定条件下不够敏感,不能满足检测需求。因此,仍然需要进一步优化和改进以获得较低的检出限。

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Mirkin等人首次提出生物条形码检测技术[10],主要基于功能化纳米金与特定的探针,可以识别具体目标分析物和大量的寡核苷酸链。这些作为代理靶标具有相同序列的寡核苷酸链被称为条形码,它们很容易被其相应识别代理捕获,从而有效地增强检测灵敏度[12-13]。同时,大量条形码的存在可以大大降低了特定探针的使用。通过使用生物条形码检测技术检测DNA,使其检测灵敏度达到纳摩尔级,并具有选择性高、准确性强、简单和成本低的优点,可以对Pb2+现场检测[14]

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

链酶亲和素(SA),上海生物源叶有限公司;塑料粘合底板、NC(硝酸纤维)膜、结合垫、吸水垫、样品垫,上海杰一生物有限公司;铅(Pb(NO3)2),天津化学试剂厂;17E酶链、17DS地物分解链、条形码DNA、捕获DNA,生工生物工程(上海)有限公司;牛血清蛋白(BSA)、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、磷酸盐缓冲液 (PBS)、盐酸胍 (Gu-HCl)、琥珀4-(N-马来酰亚胺甲基)环己烷-1-羧酸(SMCC),Sigma-Aldrich公司;纳米金 (AuNPs),南京吉仓纳米材料有限公司。

铅标准储备液的配制(100 nmol/L):准确称取0.0033g硝酸铅(分析纯),加入少量水溶解,定容于100 mL容量瓶中,得到浓度为100nmol/L的铅标准溶液,再分别配置浓度为50 nmol/L、20 nmol/L、10 nmol/L、5 nmol/L、0 nmol/L的铅标准溶液。

[3]GÓRECKI T,PAWLISZYN J.Determination of tetraethyllead and inorganic lead in water by solid phase microextraction/gas chromatography[J].Analytical Chemistry,1996,68(17):3008-3014.

[2]BARBASTE M,HALICZ L,GALY A,et al.Evaluation of the accuracy of the determination of lead isotope ratios in wine by ICP MS using quadrupole,multicollector magnetic sector and time-of-flight analyzers[J].Talanta,2001,54 (2):307–317.

1.2 实验方法

1.2.1 试纸条组成材料的选择

1.2.1.1 样品垫的选择。样品垫的作用:(1)吸收样品,可使样品均匀混合并迁移到结合垫和NC膜;(2)以防检测时测试样品浸渍超重;(3)过滤样品中的颗粒物、悬浮物、有色杂质等;(4)可被化学物质浸润,以实现对样品的功能化改性。选择样品垫时,应注意样品垫不能与所测试的材料发生任何反应,所以样品垫通常由对水有大的亲和能力的惰性材料制成。本实验选用GL-b01样品垫。

1.2.1.2 结合垫的选择。结合垫材料需满足以下条件:(1)对水有大的亲和能力,可以吸收纳米金探针,在其有效的质量保证期内,当样品通过结合垫时,使纳米金探针获得有效释放。结合垫应该完全可逆吸附或者释放纳米金探针;(2)流动性好,确保样本可以均匀地迁移到NC膜;(3)不允许与样品反应,也不能与任何测试对象发生反应。本实验选用Ahlatrom 9864金垫。

1.2.1.3 反应膜的选择。反应膜须具以下特性:(1)高蛋白吸附功能使得测试线顺利形成;(2)非特异性结合尽量达到最小,以便读取测试结果。本实验选用NC膜作为反应膜材料。

本书作者佩恩特利用其担任总统首席道德律师的两年半期间,在美国政治中心之一的白宫,近距离地观察到众多的人和事,从而为本书提供了难能可贵的丰富的素材。美国多年来实施了一系列推动行政道德的措施,然而,廉政建设的努力正面临着越来越多的挑战。《打造一个美国应得的政府》针对美国政坛上形形色色的贪腐行为、现存的漏洞,以及原因所在,进行了深入的分析,并作出了不少有益、中肯的批评。与此同时,该书也对如何改变现状提出了一些建议。作者希望,这些建议的落实,将有助于改进美国的行政道德,有助于打造一个美国人民应得的廉洁的政府。

1.2.2 测试条的制备

将25mm长的硝酸纤维(NC)膜贴在塑料粘合底板上,再将15mm长的吸收垫放在一边,长约15mm的结合垫放在另一边,最后,将长约15mm的样品垫粘贴在结合垫上面。所有的搭接接口有2mm的重叠,测试条的宽度为4mm。将浓度为1mg/mL的链霉亲和素和浓度为100μ mol/L的捕获DNA-BSA轭合物分别涂在控制区域(线C)和测试区域(检测线T),将纳米金结合物涂在结合垫上。然后在37℃的温度下,干燥测试条4小时,再将其保存在干燥器中。

图1 测试条结构图

1.2.3 测试条的检测原理

在纤维膜上将涂入的已知抗体或者抗原包裹,待测试样品加入后,样品中的抗原或者抗体在纤维膜的毛细作用下迁移,与纤维膜上的抗体或者抗原发生反应,进而与纳米金标记物发生反应,形成检测红线,达到了检测目的。

阿东没有回答老巴的话,却在心里说:阿里比我的前途重要得多。他让老巴把母亲所有的照片都找了出来。第二天,他带着这些照片到机关。机关资料室有扫描仪。阿东跟资料员讲述了哥哥阿里思念母亲的事,然后告诉她,他想在此扫描这些母亲的照片,为阿里做一个母亲的短片。资料员叫小丁,个子不高,眉清目秀的,说着一口荆州普通话。她立即满口答应了阿东的要求。她让阿东去忙自己的,她来帮他扫描,并说会直接刻成光碟给他。

通过实验测试研究,成功开发出基于脱氧核酶和条形码DNA的功能化纳米金目视检测Pb2+的测试条。此方法检测Pb2+灵敏度高,由于DNA条形码的检出限可达10 nmol/L,以及“8-17”脱氧核酶对Pb2+的特异性,使其对Pb2+具有高选择性;测试条还具有足够稳定性,能长期使用,检测过程不需任何仪器。因此,该测试条可作为一种简单、快速、灵敏、选择性高和低成本的工具用于现场检测Pb2+含量。

1.2.4 铅的测定方法

将测试条的样品垫浸入样品溶液中约2 min,直到液体已经迁移到硝酸纤维(NC)膜并且完全水化结合垫,然后将测试条立即水平放置让其继续流动。约6 min后,可以直观地看到测试结果。即不含铅Pb2+的样品中,只在控制区观测到红色线;含Pb2+的样品中,控制区和测试区均出现红色线。

1.2.5 样品处理

[5]LI J,LU Y.A highly sensitive and selective catalytic and biosensor for lead ions[J].Journal of the American Chemical Society,2000,122 (42) :10466-10467.

2014年9月的一天,李淑荣接到勘探南方分公司打来的电话,旺1井需要尽快完成测井资料解释。作为在西藏部署的首口重点预探井,这口井的成败直接关系到整个西藏地区的勘探前景。可西藏冬季有封山期,距离甲方试油仅剩一个月的时间,留给测井解释的时间就更少了,只有48小时。

2 结果与讨论

2.1 检测结果和机理

图2为铅离子测试条的结构及测量原理示意图。如图2 A所示,在结合垫上发现金纳米共轭物。“17DS-17E”双链,就是“8-17”脱氧核酶,它包含一条酶链17E和一条分裂底物链17DS,对Pb2+有特异性。“17DS-17E”的双链都是DNA,腺嘌呤核糖核苷作为底物链17DS的一个分裂点。当Pb2+存在时,酶链17E在底物链17DS腺嘌呤核糖核苷处催化水解17DS,使17DS分裂为两个片段。

作为“胚胎生物化学之父”的李约瑟博士(Joseph Needham,1900~1995)怎么会从生物化学的研究,转向中国古代科技史的研究呢?原来,1937年剑桥大学来了三位攻读博士学位的中国留学生——沈诗章、鲁桂珍和王应睐。他们的到来改变了李约瑟的生活轨迹,使他将后半生献给了对中国古代科学与文明的研究,撰写了多卷本巨著《中国的科学与文明》,充分显示了他对中国古代技术成就的景仰。李约瑟回顾三位中国学生对他的影响:“其一,他们激励我学习他们的语言;其二,他们提出了这样一个问题——为何当代科学只是发源于欧洲?”[1]

测试结果表明,当Pb2+不存在时,金纳米结合物不分裂,并且迁移至硝酸纤维膜,直至控制区。在控制区,经过特定的链霉亲和素与生物素相互作用产生的链霉亲和素可以捕获生物素化的轭合物,从而产生一个控制线(如图2 B)。当Pb2+存在时,17E酶链催化底物链17DS使其在腺嘌呤核糖核苷处裂开。因此,金纳米结合物被分裂成三个部分:含生物素的DNA片段、17E酶链、含有条形码DNA和残留17DS的纳米金结合物。被分裂的纳米金结合物将迁移越过控制区直到测试区,条形码DNA和互补的捕获DNA杂化,从而在测试区形成红色线。当然,未分裂的纳米金结合物将被链霉亲和素在控制区域捕获。因此,控制区红色线仍可观测到。也就是说,两个区域的观测线均变红,(如图2 C),则表示Pb2+存在。

该设计的优越性是在子站服务器、主服务器和应用服务器等相关服务器配置好各类应用对应的数据模型的前提下,当岸基用户或船舶工作站有应用请求时,可快速、高效地从分布式数据库中准确提取数据,避免遍历数据造成船舶数据网络拥堵、耗时等。

图2 测试条的结构及测量原理示意图

2.2 灵敏度

本实验分别用0、5、10、20、50、100 nmol/L一系列标准浓度的Pb2+溶液,检测测试条的敏感性,测试结果如图3所示。当显色只出现在硝酸纤维膜的控制区时,Pb2+溶液浓度低于10 nmol/L;显色同时出现在硝酸纤维膜的控制区和测试区时,表明Pb2+浓度高于检测极限,测试结果视为正常。因此10 nmol/L被认为是探测极限。

图3 试纸的灵敏度分析

a、b、c、d、e、f分别是浓度为 0、5、10、20、50、100 nmol/L的Pb2+溶液测试结果。

2.3 选择性

为研究测试条的选择性,对浓度均为0.1 mmol/L的其他二价金属离 子 Hg2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Fe2+溶液,以及浓度为10 mmol/L的Mg2+、Ca2+溶液,用测试条逐个分析。结果如图4所示,硝酸纤维膜上只出现一个红色的控制线,说明这些离子对试纸条的检测不会造成干扰。

图4 干扰金属的测定

a、b、c、d、e、f、g、h 是浓度为 0.1 mmol/L 的 Hg2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Fe2+溶液以及 10 mmol/L 的Mg2+、Ca2+溶液的测试结果;C为控制线;T为测试线。

2.4 稳定性

将测试条长期储存在密封铝袋中。在储存期间,每月用10组测试条对Pb2+溶液和无Pb2+溶液进行测试,并统计分析这些测试条。结果显示,测试条在三个月内均没有失去活性和颜色强度,表明测试条足够稳定。

2.5 样品分析

为了验证测试条的有效性,采用加标法,配制不同浓度梯度的Pb2+加标汉江水溶液作为样品,浓度分别为0、5、10、20、50、100 nmol/L,用测试条检测。实验结果如下页表1所示,Pb2+溶液浓度为0、5 nmol/L时,仅控制区出线红色线,检测线未有色;而当Pb2+溶液浓度为10、20、50、100 nmol/L时,检测线和控制线均出现红色线。实验所测结果与对比结果一致,因而此测试条对Pb2+的检测结果准确可信。

表1 试纸条检测加标实际水样结果(n=5)

注:-表示没有线,+表示有红线。

Pb2+溶液浓度(nmol) 测试线0_,_,_,_,_控制线+,+,+,+,+5_,_,_,_,_ +,+,+,+,+10 +,+,+,+,+ +,+,+,+,+20 +,+,+,+,+ +,+,+,+,+50 +,+,+,+,+ +,+,+,+,+100 +,+,+,+,+ +,+,+,+,+

3 结论

1)提升污水外调泵的机组运行效率。2台机泵平均机组运行效率提升了5.38%,平均机组单耗下降了0.02 kWh/m3,组机运行效率得到明显提升。

随着科学技术的不断的进步,我国土建技术也进行了不断的优化和进步,但是由于我国土建技术的基础较差,再加上大量施工企业技术的施工技术落后,导致我国土建技术在施工的过程中还存在以下三方面的现状:

参考文献:

[1]CHEN J, TEO K C.Determination of cadmium, copper,lead and zinc in water samples by flame atomic absorption spectrometry after cloud point extraction[J].Analytica Chimica Acta,2001,450 (1/2):215-222.

将1mg链霉亲和素溶解于1mL水中,得到浓度为1mg/mL的链霉亲和素溶液。

女子望着他,努力抬高手臂,嘴巴微微开阖,似乎是想要说些什么。他急忙俯下身子,将耳朵贴到了女子的唇边,女子却只呕出了一口血,然后便一动也不动了。

[4]NDLOVU T,AROTIBA O A,SAMPATH S,et al.Electrochemical detection and removal of lead in water using poly modified recompressed exfoliated graphite electrodes[J].JournalofApplied Electrochemistry,2011,41(12):1389-1396.

1.2.1.4 吸收垫的选择。测试条的尾端就是吸收垫,它的作用是吸收反应膜上过剩的样品。添加吸收垫后,样品可流动到反应膜末端,从而对其进行分析。选用合适的材料充当吸收垫至关重要,应选择吸水性好且吸水容量大的亲水性材料充当吸收垫。本实验选用H-5072吸收垫。

取样检测汉江水,用孔径为0.45μm的纤维素膜过滤,将某浓度的铅标准液添加到水试样里,调节pH值=7,备用。

[6]LIU J,LU Y.A colorimetric lead biosensor using DNAzyme-directed assembly of gold nanoparticles[J].Journal ofthe American ChemicalSociety,2003,125(22):6642-6643.

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二是一些项目监理、施工单位对石漠化治理工程建设工作的认识、重视不够、组织乏力,部分工作人员责任心不强,具体工作存在缺位、失位情况,对工作中存在和出现的问题未能及时发现并采取有效解决措施,对相关单位作出的整改要求不认真落实,导致部分措施施工质量不高,建设进度缓慢。

[14]KIM H K,RASNIK I,LIU J,et al.Dissecting metal ion–dependent folding and catalysis of a single DNAzyme[J].Nature Chemical Biology,2007,3 (12):763-768.

刘欢,白拖,曹婉婷,徐梦妮,黄婷
《安康学院学报》 2018年第2期
《安康学院学报》2018年第2期文献

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