本技术介绍了一种基于H1和H2链发夹结构及触发探针的DNA水凝胶,通过杂交链式反应制备而成。该水凝胶在铜离子检测领域展现出独特优势,具体应用细节如下:
背景技术
重金属污染是全球面临的重大环境问题之一,对生态环境和人体健康都有严重危害。铜离子作为人体必需微量元素,在人体生理和病理过程都起重要的作用,当浓度过高会破坏细胞之间平衡从而导致一系列神经退行性疾病,如阿尔茨海默氏症、威尔逊氏症和帕金森氏症等。长时间摄入过量的铜离子也会引发多种疾病,包括消化道出血、血尿和溶血等。目前,有害重金属检测方法大多依赖于昂贵的仪器设备,难以实现现场快速检测。因此,急需开发一种准确、便携、灵敏的重金属检测方法。
目前,重金属检测主要依赖高成本和复杂的仪器分析,如原子吸收光谱法(AtomicAbsorption Spectroscopy,AAS)、电感耦合等离子体质谱法(Inductively CoupledPlasma Mass Spectrometry,ICP-MS)、火焰原子吸收分光光度法(Flame AtomicAbsorption Spectrophotometry, FAAS)、X-射线荧光光谱(X FluorescenceSpecctrometry, XFS)等。这些技术在重金属检测中展现了极高的灵敏度、准确度和检测限,能够有效识别和量化各种样品中的超痕量重金属。然而,这些方法存在显著的局限性,首先,设备价格昂贵,且维护和操作成本高昂;其次,样品前处理过程繁琐,通常需要复杂的化学预处理或分离步骤,这不仅增加了检测时间,还对操作人员的技术要求较高;此外,这些仪器通常体积庞大,难以便携,无法满足快速、现场实时检测的需求。因此,在实际应用中,特别是在需要大规模监测或应急情况下,它们并不理想。因此,开发一种简便、经济、高效的重金属检测方法成为当前研究的重点,以弥补现有技术的不足并满足快速、便捷的现场检测需求。
近年来,功能核酸已成为传感领域中理想的识别元件,基于功能核酸的生物传感器通过电化学、荧光和比色信号的变化,实现了对重金属离子的高灵敏度和高特异性检测。其中,杂交链式反应(Hybridization chain reaction, HCR)是一种等温核酸扩增技术,基于HCR的原理发展出的基于水凝胶的钳制杂交链式反应(Hydrogel-based clampedhybridization chain reaction, C-HCR)技术能够合成DNA水凝胶。水凝胶是一种三维网络结构的材料,具有高含水量和优异的生物相容性,因此常被应用于生物医学和传感领域。在C-HCR技术中,水凝胶通过可视化的溶胶-凝胶转变实现对重金属离子的检测,如在miRNAs和Hg2+
的检测中已得到成功应用。通过添加触发链,水凝胶发生溶胶-凝胶相变,其形态变化可以用于重金属离子的高灵敏度检测。由于水凝胶能够在检测过程中表现出显著的形态变化,便于通过肉眼或简单设备观察,因此其在食品中重金属和其他有害物质的快速检测中具有巨大潜力。这不仅提升了检测灵敏度和准确性,还简化了操作流程,降低了检测成本,适合用于现场和大规模食品安全监控,有助于及时发现和预防食品中的重金属污染。
实现思路