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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 超高靈敏度汞離子檢測(cè)試紙條
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品針對(duì)汞污染監(jiān)測(cè)的需求，基于極為特殊的胸腺嘧啶（T堿基）與Hg2+之間的T—Hg2+—T錯(cuò)配行為合成了特異性DNA探針，采用極高摩爾吸光系數(shù)的納米金顯色，結(jié)合免疫層析技術(shù)開發(fā)了汞離子（Hg2+）檢測(cè)試紙條生物傳感器。檢測(cè)下限達(dá)0.001 mg/L，是目前汞試紙條中靈敏度和選擇性最高的產(chǎn)品。且其操作簡(jiǎn)單、成本低廉，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飲用水、江河湖水、工業(yè)污水等大多數(shù)水樣品中Hg2+的快速現(xiàn)場(chǎng)半定量檢測(cè)。
- 詳細(xì)介紹：
- 重金屬汞屬環(huán)境污染持久的劇毒物質(zhì)，汞污染已成為全球性重大環(huán)境問題，亦引起了我國(guó)政府的高度重視，汞污染防治已被列為“十二五規(guī)劃”重大專項(xiàng)。我國(guó)是汞的生產(chǎn)、使用和排放大國(guó)，汞污染防治形勢(shì)十分嚴(yán)峻。汞的分析與監(jiān)測(cè)技術(shù)是汞污染防治的基礎(chǔ)。目前成熟的汞檢測(cè)技術(shù)多是借助大型分析儀器，無法滿足廉價(jià)、快速的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需求。而商品化的快速檢測(cè)儀器和汞試紙條，其靈敏度低（檢測(cè)下限為0.1mg/L），達(dá)不到國(guó)標(biāo)規(guī)定的限值（污水0.05mg/L，飲用水0.001mg/L），且選擇性差，無法滿足靈敏、準(zhǔn)確的檢測(cè)要求。因此，研究一種新型檢測(cè)方法，可以靈敏、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、快速、價(jià)廉地現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)重金屬Hg2+，是當(dāng)前的迫切需要。 本作品開發(fā)的試紙條生物傳感器，由PVC薄板上依次搭接的樣品墊、結(jié)合墊、硝酸纖維素膜（NC膜）、吸水墊組成。特異性DNA探針為：一端結(jié)合納米金粒子（AuNPs）、另一端結(jié)合生物素的單鏈a-DNA，涂覆在結(jié)合墊上；單鏈b-DNA包被的檢測(cè)線位于NC膜中部，鏈霉親和素包被的質(zhì)控線位于NC膜上部。檢測(cè)過程如下：樣品溶液滴加在樣品墊上，在吸水墊和NC膜的毛細(xì)作用下上行，經(jīng)過結(jié)合墊時(shí)，特異性DNA探針溶解在樣品溶液中一起上行。在檢測(cè)線上，一部分特異性DNA探針、Hg2+、b-DNA通過特異性的T—Hg2+—T錯(cuò)配行為形成雙鏈DNA而被固定，特異性DNA探針鏈端的AuNPs使檢測(cè)線顯紅色。過量的特異性DNA探針繼續(xù)上行至質(zhì)控線，其鏈另一端的生物素與質(zhì)控線上的鏈霉親和素發(fā)生特異性結(jié)合，特異性DNA探針再次被捕獲而使質(zhì)控線顯紅色。利用套裝產(chǎn)品中的消解液可以實(shí)現(xiàn)總Hg檢測(cè)。 本研究小組基于納米金和特異性DNA探針研制的Hg2+檢測(cè)試紙條，其靈敏度達(dá)0.001 mg/L，能特異性識(shí)別Hg2+、操作簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好，可用于大多數(shù)水樣品中Hg2+的檢測(cè)，有利于建立重金屬污染預(yù)警機(jī)制，具有良好的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)化前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、目的 開發(fā)一種汞離子檢測(cè)試紙條，實(shí)現(xiàn)對(duì)汞離子的高靈敏度、高選擇性、簡(jiǎn)便、快速、價(jià)廉的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。 二、基本思路 （1）問題提出 汞污染已成為全球性災(zāi)難，中國(guó)又是生產(chǎn)、使用和排放汞最大的國(guó)家，防治汞污染的前提是全面監(jiān)控。 （2）問題分析 目前已開發(fā)出的汞檢測(cè)方法，均不能同時(shí)滿足靈敏、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、快速、價(jià)廉的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要，難以滿足日益增長(zhǎng)的汞檢測(cè)需求。 （3）問題解決 本作品制備了能對(duì)Hg2+有特異性識(shí)別性能的DNA探針，并以具有優(yōu)異光學(xué)特性的納米金作為顯色單元，再結(jié)合免疫層析技術(shù)，成功開發(fā)了檢測(cè)限達(dá)0.001 mg/L的Hg2+檢測(cè)試紙條。 三、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 基于納米金和特異性DNA探針，開發(fā)出檢測(cè)限達(dá)0.001 mg/L的超高靈敏試紙條，實(shí)現(xiàn)“結(jié)合—分離—檢測(cè)—質(zhì)控”一體化，完成對(duì)Hg2+的靈敏、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、廉價(jià)地快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。 四、技術(shù)關(guān)鍵 (1) 特異性DNA探針的設(shè)計(jì)與合成?；谔禺愋訢NA和納米金而設(shè)計(jì)開發(fā)的特異性DNA探針同時(shí)具備三項(xiàng)功能：①顯色功能；②特異性識(shí)別Hg2+功能；③質(zhì)控功能。 (2) 結(jié)合墊的制備。優(yōu)化處理后的結(jié)合墊，既能保留特異性DNA探針，使其處于一種有效的狀態(tài)，又能有效地釋放特異性DNA探針。 五、主要技術(shù)指標(biāo) (1) 檢測(cè)限：0.001 mg/L； (2) 能特異性識(shí)別和檢測(cè)Hg2+，其它金屬離子無干擾。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品的科學(xué)性和先進(jìn)性主要包括如下幾點(diǎn)： (1) 超高靈敏度（檢測(cè)限達(dá)到0.001 mg/L）——這是基于① 本作品設(shè)計(jì)了特異性DNA探針，兩端分別結(jié)合生物素和納米金，利用極高摩爾吸光系數(shù)的納米金作為顯色劑，具有極佳的顯色效果；②試紙條的白背景使顯色更加明銳，人肉眼更加容易識(shí)別；③試紙條具有過濾和層析展開作用，能有效消除懸浮顆粒物和有色干擾物質(zhì)對(duì)顯色的影響。 (2) 超高選擇性（常見的金屬離子均無干擾）——這是基于本作品利用了一種極為特殊的配位化學(xué)反應(yīng)：在Hg2+存在情況下，兩個(gè)胸腺嘧啶（T堿基）之間會(huì)發(fā)生T—Hg2+—T錯(cuò)配，其他任何金屬離子（Mn+）都不會(huì)發(fā)生此種錯(cuò)配行為。 (3) 樣品無需復(fù)雜預(yù)處理（大部分水樣品可直接測(cè)定）。 (4) 檢測(cè)時(shí)間短（5～10分鐘）。 (5) 檢測(cè)成本低（2～5元/次）。 (6) 易用（隨身攜帶，即測(cè)即有）。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2011年5月29日，榮獲省第12屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 本作品于2011年3月16日，經(jīng)過福建省計(jì)量科學(xué)研究院鑒定，獲得檢測(cè)證書（證書編號(hào)：(MLY)E3/11-00319）。鑒定結(jié)果：0.01 mg/L Hg2+呈陽(yáng)性；混合溶液（Pb2+、Cd2+、Co2+、Zn2+，濃度均為1 mg/L）呈陰性。 （特別聲明：本檢測(cè)報(bào)告為3月份的檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)過本研究組近3個(gè)月的不斷優(yōu)化，目前本試紙條的檢測(cè)限已經(jīng)達(dá)到0.001 mg/L）
作品所處階段
- 已基本完成定性和半定量測(cè)定Hg2+的全部技術(shù)工作，已制備出產(chǎn)品樣品，成果已經(jīng)處于可轉(zhuǎn)化階段前期。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 擬優(yōu)先引入風(fēng)險(xiǎn)投資進(jìn)行創(chuàng)業(yè)，亦可采取以技術(shù)入股的形式進(jìn)行項(xiàng)目合作或?qū)＠D(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；圖片；樣品。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、使用說明: 撕開包裝袋，取出試紙條，將待測(cè)樣品液滴入樣品孔，平放于潔凈平面，數(shù)分鐘后觀察檢測(cè)結(jié)果：檢測(cè)線和質(zhì)控線均顯紅色為陽(yáng)性（含Hg2+），檢測(cè)線無色而質(zhì)控線紅色為陰性（不含Hg2+），兩條線均無色或只有檢測(cè)線紅色則失效。一次性使用。 二、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì): 靈敏度超高（0.001mg/L）、選擇性好（常見金屬離子均無干擾）、檢測(cè)成本低（2～5元/次）、樣品無需復(fù)雜預(yù)處理、操作簡(jiǎn)單。靈敏度和選擇性兩項(xiàng)指標(biāo)比目前市售商品優(yōu)勢(shì)顯著。 三、適應(yīng)范圍: 簡(jiǎn)易型適用于飲用水，通用型適用于江河湖水和輕度污染的工業(yè)污水，專業(yè)型適用于各類工業(yè)污水。 四、推廣前景的技術(shù)性說明: 本作品所采用的技術(shù)方案尚未有市場(chǎng)應(yīng)用；技術(shù)含量高，短期內(nèi)難以被模仿。 五、市場(chǎng)分析: 市場(chǎng)前景良好，因?yàn)椋菏袌?chǎng)需求巨大；價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯；競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少。 六、經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè): 根據(jù)中國(guó)涉汞生產(chǎn)企業(yè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)部門，以及人口的總數(shù)量，最保守估計(jì)，每年至少消耗試紙條一千萬條，經(jīng)濟(jì)效益兩千余萬元。
同類課題研究水平概述
- 已經(jīng)成熟的汞檢測(cè)技術(shù)主要包括四大類：①傳統(tǒng)顯色劑顯色—分光光度法；②多種現(xiàn)代儀器分析技術(shù)；③一些便攜式檢測(cè)儀器；④基于傳統(tǒng)顯色劑的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試紙條。前兩類技術(shù)的不足在于不能進(jìn)行廉價(jià)的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，而后兩類技術(shù)在于檢測(cè)下限約為0.1 ~ 2 mg/L，無法達(dá)到國(guó)標(biāo)檢測(cè)要求，且選擇性差。 納米金粒子(AuNPs) 的摩爾吸光系數(shù)比傳統(tǒng)的有機(jī)顯色劑高約3 ~ 5個(gè)數(shù)量級(jí)，濃度低至nmol/L的AuNPs即可用肉眼直接觀察?；贏uNPs的高靈敏度比色法已經(jīng)初步發(fā)展成具有高選擇性、高靈敏度的生物分析檢測(cè)手段，相關(guān)論文大多發(fā)表于Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.等頂級(jí)期刊上，表明了國(guó)內(nèi)外同行的高度關(guān)注。另外的研究發(fā)現(xiàn)了一種極為特殊的配位化學(xué)反應(yīng)：Hg2+存在下，兩個(gè)胸腺嘧啶（T堿基）之間會(huì)發(fā)生T—Hg2+—T錯(cuò)配，其他任何金屬離子都不會(huì)發(fā)生此種錯(cuò)配行為，因此，對(duì)Hg2+的識(shí)別具有高度的選擇性。 依據(jù)T—Hg2+—T特殊錯(cuò)配復(fù)合物的特性，借助AuNPs的高靈敏度顯色，最新文獻(xiàn)報(bào)道了Hg2+的高靈敏度比色測(cè)定方法，檢測(cè)下限可達(dá)1～10 nmol/L（相當(dāng)于0.0002～0.002 mg/L)。但上述研究成果目前還僅限于專業(yè)的研究型實(shí)驗(yàn)室使用，不適用于現(xiàn)場(chǎng)快速限量檢測(cè)，尤其是對(duì)于有顏色背景的樣品，受干擾嚴(yán)重。至今尚未有適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)Hg2+的超高靈敏試紙條的研究報(bào)道。 綜上，與本項(xiàng)目密切相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)可歸納為：①基于AuNPs和特異性DNA探針，建立高靈敏度比色法測(cè)定Hg2+，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，但不適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)；②采用該方法原理，開發(fā)了檢測(cè)限達(dá)nmol/L（相當(dāng)于0.0002～0.002 mg/L)水平的超高靈敏度汞試紙條，可以快速、簡(jiǎn)便、靈敏、準(zhǔn)確、低成本地現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)Hg2+，至今尚未見報(bào)道。
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