Target响应的新型核酸纳米阶梯结合氧化石墨烯用于Hg2+的快速检测

Hg²⁺是一种分布广泛的重金属，进入环境后很难降解，可通过生物富集作用在动物或人体内积累，对人体健康具有极大的危害。因此，建立一种快速、灵敏、特异性的Hg²⁺检测方法是非常必要的。近日，中国农业大学的罗云波教授（点击查看介绍）和许文涛副教授（点击查看介绍）（共同通讯作者）团队通过将传统的核酸纳米结构进行改造，构建了一种新型的核酸纳米阶梯，结合氧化石墨烯可实现Hg²⁺的快速和高灵敏检测。

传统的Hg²⁺检测方法主要包括原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）等，方法灵敏、检出限低，但一般需要大型仪器和专业的操作人员，检测周期长，费用高。传感器检测法可弥补仪器分析法的不足，具有易于修饰、成本低、结构稳定、特异性强等优点。但是大多数基于分子生物学的方法仍具有一定的局限性，会涉及分子修饰或一些需要依赖蛋白酶的过程。因此，人们仍需要更简单、更直接的传感器方法以实现Hg²⁺的快速检测。近年来，研究者不断开发出特异性的金属离子功能核酸，Hg²⁺功能核酸生物传感器发展迅速。

中国农业大学的研究团队开发的基于Hg²⁺响应的核酸纳米阶梯和氧化石墨烯的生物传感器很好地弥补了上述缺憾。Hg²⁺能与富有胸腺嘧啶（T）的脱氧核苷酸链特异性结合形成稳定的双螺旋结构，其结合强度超过正常的腺嘌呤-胸腺嘧啶（A-T）配对。因此，他们将T-Hg²⁺-T错配可作为Hg²⁺识别元件，并依靠T-Hg-T结构对超夹心DNA进行改造，形成一种Hg²⁺拉力诱导的新型Hg²⁺纳米阶梯结构。这种新型Hg²⁺依赖型组装元件辅以荧光基团修饰辅助，除信号识别作用外，可以作为Hg²⁺的靶标分子信号转化元件，最终实现信号的放大。

此外，结合GO对单双链吸附能力的差异性质以及荧光素分子与GO之间的荧光共振能量转移，他们建立了一种“turn-on”型荧光传感器。在没有Hg²⁺存在的情况下，没有Hg²⁺的诱导，纳米阶梯不能形成，GO将淬灭标记有荧光分子单链引物的荧光信号。在Hg²⁺存在的情况下，Hg²⁺诱导纳米阶梯形成，GO不能淬灭生成的纳米阶梯上荧光分子的荧光信号，实现了Hg²⁺快速检测的目的。

该研究通过引入功能核酸材料Hg²⁺纳米阶梯，结合纳米材料氧化石墨（GO），建立了能够在无酶、恒温条件下实现Hg²⁺定量检测的生物传感器。该生物传感器实现了Hg²⁺的快速检测，检测时长40 min，定量检测限为1.5 nM，检测区间为0~20 nM，具有良好的特异性，且能够用于实际样品的检测。

这一成果以内封面文章的形式发表在Chemical Communications 上。

该论文作者为：Yuxiang Feng, Xiangli Shao, Kunlun Huang, Jingjing Tian, Xiaohong Mei, Yunbo Luo and Wentao Xu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Mercury nanoladders: a new method for DNA amplification, signal identification and their application in the detection of Hg (II) ions

Chem. Commun., 2018, 54, 8036, DOI: 10.1039/c8cc03851a

罗云波教授简介

教育背景

1982年2月毕业于西南农业大学，获学士学位

1987年12月毕业于英国巴斯大学生物学院，获博士学位

1988至1990年12月分别于英国巴斯大学、北京农业大学完成博士后研究工作

工作履历

1996至1998年，先后在美国康奈尔大学、美国普渡大学短期工作

1999至2015年，连续4届担任中国农业大学食品科学与营养工程学院院长

先后在美国、英国、韩国、意大利、泰国、加拿大、荷兰等国讲学

研究领域

罗云波长期从事食品安全控制理论与工程技术的研究，在食品和食用农产品安全检测新技术与装备研究、农产品采后质量保持与安全控制、食品安全管理与风险评估等领域取得了丰硕成果；发表SCI论文140篇，其中IF 5.0以上的20篇；获得发明专利15项，国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步二等奖4项；作为核心专家参与国家食品安全监管系统工程、农产品质量安全监管工程、农产品风险评估工程的顶层设计。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49873

许文涛副教授简介

教育背景

1997年9月-2001年6月，中国农业大学食品科学与营养工程学院获学士学位

2001年-2006年，中国农业大学食品科学与营养工程学院获博士学位

2013年-2014年，美国马里兰大学营养与食品科学系访学

自2006年以来在中国农业大学任教

工作履历

2006年-2009年，中国农业大学食品科学与营养工程学院讲师

2010年至今，中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授

2012年至今，中国农业大学食品科学与营养工程学院博士生导师

研究领域

许文涛的研究方向为功能核酸生物传感器检测技术、精准毒理检测与评价技术、食品安全风险评估；获得国家级教学成果奖1项、省部级二等奖4项、三等奖2项；荣获教育部新世纪优秀人才、北京市科技新星等称号；主持和参与国家级、省部级课题30余项，发表SCI论文100余篇，荣获授权国家专利19项，出版英文专著3本。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49874