一種基于稀磁半導體的鉀離子核酸適配體光電化學傳感器的構建及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化學分析測試領域，具體涉及一種基于稀磁半導體的鉀離子核酸適配 體光電化學傳感器的構建及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 鉀離子在生物體系里是一種重要的陽離子，其在生物進程中扮演著各種各樣的角 色，例如：神經傳輸、維持肌肉力量和細胞外的滲透性、酶活化、細胞凋亡、血壓的調整、pH 值及活細胞中其他離子濃度的控制等。鉀離子濃度的不正常波動是許多疾病的標志，其包 括酒精中毒、食欲不振、貪食癥、心臟病、糖尿病、艾滋病、癌癥等。因此，檢測鉀離子對疾病 的鑒定及診斷具有重要的價值及意義。在各種各樣的鉀離子檢測方法中，G-四聯體基核酸 適配體傳感器因具有極好的靈敏度和選擇性而引起人們廣泛的興趣。例如：穩定的色度法、 熒光分光光度法、電化學核酸適配體傳感法等。然而這些方法都需要特殊的納米材料如納 米金或氧化還原指示劑如鐵來傳輸信號。因此，發展一種簡單的，免標記的、經濟的方法仍 然是一種挑戰。光電化學檢測是一種新穎的測試方法，該方法是基于光激發光電信標導致 電子-空穴對的分離，在合適的偏電位條件下，實現電子在分析物、半導體、及探針分子間 快速傳遞，從而形成光電流，分析物的存在能夠定量地影響光電流的變化，從而實現對分析 物的光電化學檢測。就光電信標而言，目前的設計體系主要基于單一的半導體，例如：納米 二氧化鈦、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、吡啶釕、聚噻吩衍生物等。然而，單一的半導體由于光生 電子對易復合，從而抑制光電信號的產生及進一步地影響光電化學檢測靈敏度。最近，能夠 促進載流子有效分離的異質結半導體和局域表面等離子體技術陸續應用于光電化學傳感， 然而這些方法具有合成方法復雜，周期長，成本高等特點。因此，尋找一種原位一步合成的 過渡金屬離子摻雜稀磁半導體作為一種新穎的光電信標是分析化學工作者們努力的新方 向。利用該技術構建的光電化學核酸適配體傳感器具有響應快、靈敏度高、選擇性好、簡單、 便攜、經濟、環境友好等特點。然而到目前為止，尚未見有基于稀磁半導體鉀離子核酸適配 體的光電化學檢測方法報道，鉀離子核酸適配體基光電化學傳感器的構建及檢測方法仍是 目前該領域的空白。
【發明內容】
[0003] 發明目的：本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種靈敏度高、選擇性好的 基于稀磁半導體的鉀離子核酸適配體光電化學傳感器的構建及檢測方法。
[0004] 技術方案：本發明所述的一種基于稀磁半導體的鉀離子核酸適配體光電化學傳感 器的構建方法，包括如下步驟：
[0005] (1)采用體積比為1:1:30~50的氨水、雙氧水和水的混合溶液對ΙΤ0導電玻璃電 極進行清洗，然后用水沖洗干凈后置于空氣中晾干待用；
[0006] (2)將步驟（1)中晾干后的ΙΤ0導電玻璃電極浸入硝酸鋅、硝酸鉀和硫酸錳的混合 溶液中進行電化學沉積，相對于銀/氯化銀電極的沉積電位為-ο. 8~-1. 2V，沉積溫度為 60~100°C，沉積時間為90~150min，沉積后得到Μη摻雜樹技狀氧化鋅納米棒光陽極；
[0007] (3)用水清洗步驟⑵中的Μη摻雜樹技狀氧化鋅納米棒光陽極，清除電極表面結 合不牢的物質，在60~100°C條件下干燥90~150min，得到結構穩固的Μη摻雜樹技狀氧 化鋅納米棒光陽極薄膜；
[0008] (4)將步驟（3)中得到的Μη摻雜樹技狀氧化鋅納米棒光陽極浸入含有0· 5~ 1. 5μπιο?L1鉀離子核酸適配體的磷酸鹽緩沖溶液體系中，在20~30°C條件下自組裝 10~12h，將鉀離子核酸適配體固定在Μη摻雜樹技狀氧化鋅納米棒光陽極表面，用0. 05~ 0. 15molL1磷酸鹽緩沖溶液洗去表面組裝不牢的鉀離子核酸適配體，得到鉀離子核酸適配 體基光電化學傳感器。
[0009] 優選地，步驟（2)所述混合液中硝酸鋅溶液的濃度為0. 3~0. 8mmolL\硝酸鉀 溶液的濃度為0. 05~0. 15molL\混合溶液中所述Mn2+與Zn2+的摩爾比為8%~30%。
[0010] 優選地，步驟（3)中所述Μη摻雜樹技狀氧化鋅納米棒光陽極薄膜是通過掩膜法制 備的直徑為5mm的圓形薄膜。
[0011] 優選地，步驟（4)中所述磷酸鹽緩沖溶液體系為磷酸鹽緩沖溶液與氯化鈉溶液 的混合液，所述磷酸鹽緩沖溶液的濃度為0. 05~0. 15molL\所述氯化鈉溶液的濃度為 0. 04 ~0. 06molL^
[0012] 步驟（4)中所述鉀離子核酸適配體的堿基序列為5'-GGGTTAGGGTTA GGGTTAGGG-3, 。
[0013] 優選地，步驟（4)中所述鉀離子核酸適配體的濃度為1μπιο?L、
[0014] 本發明中所述的基于稀磁半導體的鉀離子核酸適配體光電化學傳感器的檢測方 法，包括如下步驟：
[0015] (1)將制備好的鉀離子核酸適配體基光電化學傳感器浸入含鉀離子溶液中，在 30~40°C條件下靜置5min后用0. 05~0. 15molL1的磷酸鹽緩沖溶液和水交叉洗滌，清 潔表面未結合牢固的鉀離子；
[0016] (2)將結合鉀離子后的光電化學傳感器浸入30mLpH為7的含有槲皮素的磷酸鹽 緩沖溶液中，采用電流-時間實驗技術，在偏置電位為〇.IV~0. 4V、200W~300W的模擬太 陽光照條件下測試光電流，并記測試結果，根據結果擬定鉀離子濃度-光電流定量關系曲 線；
[0017] (3)將鉀離子核酸適配體基光電化學傳感器浸入尿液中，根據步驟⑵中擬定的 鉀離子濃度-光電流定量關系曲線，測算待測尿液中鉀離子的濃度。
[0018] 優選地，步驟（1)中所述鉀離子溶液濃度為0· 012~11. 901nmolL、
[0019] 優選地，步驟（2)中所述磷酸鹽緩沖溶液的濃度為0. 05~0. 15molL\所述槲皮 素濃度為lmmolL\體積為10~20mL。
[0020] 優選地，步驟（2)中所述磷酸鹽緩沖溶液的濃度為0.lmolL\所述槲皮素體積為 15mL時起到最佳促進載流子對分離的效果。
[0021] 檢測結果顯示，隨著鉀離子溶液濃度的升高，光電流的大小在一定濃度范圍內也 呈現定量的變化，根據此定量變化關系可以擬定鉀離子濃度-光電流定量關系方程，測算 待測樣品中鉀離子的濃度。
[0022] 有益效果：（1)本發明采用一步法電化學合成Mn2+摻雜樹枝狀氧化鋅稀磁半導體 納米棒作為光電信標，并通過調控Mn2+的比例，使Μη2+摩爾比為8 %~30 %，制備出了性 能優異的光電信標，提高光電化學檢測靈敏度；(2)本發明制備基于稀磁半導體的鉀離子 核酸適配體光電化學傳感器所用的設備簡單，也沒有復雜的樣品處理過程，具有成本低、易 制作、效率高的優點；（3)本發明的檢測機理是基于鉀離子與其對應核酸適配體的特異性 作用，且經過實驗鑒定，排除了其他常見離子的干擾，提高其光電化學法檢測的選擇性；(4) 本發明通過擬定鉀離子濃度-光電流定量關系曲線，構建了一個新型的核酸適配體稀磁半 導體基光電化學傳感平臺并將其用于鉀離子的超靈敏檢測。
【附圖說明】
[0023] 圖1為基于G-四聯體核酸適配體構象變化的鉀離子光電化學傳感器的結構示意 圖；
[0024]圖2為低分辨率氧化鋅納米棒場發射掃描電鏡圖片㈧和16%摩爾比錳摻雜氧 化鋅納米棒場發射掃描電鏡圖片（C);高分辨率氧化鋅納米棒場發射掃描電鏡圖片（Β)和 16%摩爾比錳摻雜氧化鋅納米棒能譜圖（D);
[0025] 圖3為16 %