基本信息
- 項目名稱:
- 超高靈敏度汞離子檢測試紙條
- 小類:
- 能源化工
- 大類:
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介:
- 本作品針對汞污染監(jiān)測的需求,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)合免疫層析技術開發(fā)了汞離子(Hg2+)檢測試紙條生物傳感器。檢測下限達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。且其操作簡單、成本低廉,實現(xiàn)了對飲用水、江河湖水、工業(yè)污水等大多數(shù)水樣品中Hg2+的快速現(xiàn)場半定量檢測。
- 詳細介紹:
- 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。我國是汞的生產(chǎn)、使用和排放大國,汞污染防治形勢十分嚴峻。汞的分析與監(jiān)測技術是汞污染防治的基礎。目前成熟的汞檢測技術多是借助大型分析儀器,無法滿足廉價、快速的現(xiàn)場檢測需求。而商品化的快速檢測儀器和汞試紙條,其靈敏度低(檢測下限為0.1mg/L),達不到國標規(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、準確的檢測要求。因此,研究一種新型檢測方法,可以靈敏、準確、簡單、快速、價廉地現(xiàn)場檢測重金屬Hg2+,是當前的迫切需要。 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膜的毛細作用下上行,經(jīng)過結(jié)合墊時,特異性DNA探針溶解在樣品溶液中一起上行。在檢測線上,一部分特異性DNA探針、Hg2+、b-DNA通過特異性的T—Hg2+—T錯配行為形成雙鏈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現(xiàn)總Hg檢測。 本研究小組基于納米金和特異性DNA探針研制的Hg2+檢測試紙條,其靈敏度達0.001 mg/L,能特異性識別Hg2+、操作簡單、成本低、穩(wěn)定性好,可用于大多數(shù)水樣品中Hg2+的檢測,有利于建立重金屬污染預警機制,具有良好的應用前景和產(chǎn)業(yè)化前景。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 一、目的 開發(fā)一種汞離子檢測試紙條,實現(xiàn)對汞離子的高靈敏度、高選擇性、簡便、快速、價廉的現(xiàn)場檢測。 二、基本思路 (1)問題提出 汞污染已成為全球性災難,中國又是生產(chǎn)、使用和排放汞最大的國家,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)出的汞檢測方法,均不能同時滿足靈敏、準確、簡單、快速、價廉的現(xiàn)場檢測需要,難以滿足日益增長的汞檢測需求。 (3)問題解決 本作品制備了能對Hg2+有特異性識別性能的DNA探針,并以具有優(yōu)異光學特性的納米金作為顯色單元,再結(jié)合免疫層析技術,成功開發(fā)了檢測限達0.001 mg/L的Hg2+檢測試紙條。 三、主要創(chuàng)新點 基于納米金和特異性DNA探針,開發(fā)出檢測限達0.001 mg/L的超高靈敏試紙條,實現(xiàn)“結(jié)合—分離—檢測—質(zhì)控”一體化,完成對Hg2+的靈敏、準確、簡單、廉價地快速現(xiàn)場檢測。 四、技術關鍵 (1) 特異性DNA探針的設計與合成?;谔禺愋訢NA和納米金而設計開發(fā)的特異性DNA探針同時具備三項功能:①顯色功能;②特異性識別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、主要技術指標 (1) 檢測限:0.001 mg/L; (2) 能特異性識別和檢測Hg2+,其它金屬離子無干擾。
科學性、先進性
- 本作品的科學性和先進性主要包括如下幾點: (1) 超高靈敏度(檢測限達到0.001 mg/L)——這是基于① 本作品設計了特異性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反應:在Hg2+存在情況下,兩個胸腺嘧啶(T堿基)之間會發(fā)生T—Hg2+—T錯配,其他任何金屬離子(Mn+)都不會發(fā)生此種錯配行為。 (3) 樣品無需復雜預處理(大部分水樣品可直接測定)。 (4) 檢測時間短(5~10分鐘)。 (5) 檢測成本低(2~5元/次)。 (6) 易用(隨身攜帶,即測即有)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2011年5月29日,榮獲省第12屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎。 本作品于2011年3月16日,經(jīng)過福建省計量科學研究院鑒定,獲得檢測證書(證書編號:(MLY)E3/11-00319)。鑒定結(jié)果:0.01 mg/L Hg2+呈陽性;混合溶液(Pb2+、Cd2+、Co2+、Zn2+,濃度均為1 mg/L)呈陰性。 (特別聲明:本檢測報告為3月份的檢測結(jié)果,經(jīng)過本研究組近3個月的不斷優(yōu)化,目前本試紙條的檢測限已經(jīng)達到0.001 mg/L)
作品所處階段
- 已基本完成定性和半定量測定Hg2+的全部技術工作,已制備出產(chǎn)品樣品,成果已經(jīng)處于可轉(zhuǎn)化階段前期。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 擬優(yōu)先引入風險投資進行創(chuàng)業(yè),亦可采取以技術入股的形式進行項目合作或?qū)@D(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品;圖片;樣品。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 一、使用說明: 撕開包裝袋,取出試紙條,將待測樣品液滴入樣品孔,平放于潔凈平面,數(shù)分鐘后觀察檢測結(jié)果:檢測線和質(zhì)控線均顯紅色為陽性(含Hg2+),檢測線無色而質(zhì)控線紅色為陰性(不含Hg2+),兩條線均無色或只有檢測線紅色則失效。一次性使用。 二、技術特點和優(yōu)勢: 靈敏度超高(0.001mg/L)、選擇性好(常見金屬離子均無干擾)、檢測成本低(2~5元/次)、樣品無需復雜預處理、操作簡單。靈敏度和選擇性兩項指標比目前市售商品優(yōu)勢顯著。 三、適應范圍: 簡易型適用于飲用水,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、推廣前景的技術性說明: 本作品所采用的技術方案尚未有市場應用;技術含量高,短期內(nèi)難以被模仿。 五、市場分析: 市場前景良好,因為:市場需求巨大;價格優(yōu)勢明顯;競爭對手少。 六、經(jīng)濟效益預測: 根據(jù)中國涉汞生產(chǎn)企業(yè)、環(huán)保監(jiān)測部門,以及人口的總數(shù)量,最保守估計,每年至少消耗試紙條一千萬條,經(jīng)濟效益兩千余萬元。
同類課題研究水平概述
- 已經(jīng)成熟的汞檢測技術主要包括四大類: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;③一些便攜式檢測儀器;④基于傳統(tǒng)顯色劑的現(xiàn)場檢測試紙條。前兩類技術的不足在于不能進行廉價的現(xiàn)場快速檢測,而后兩類技術在于檢測下限約為0.1 ~ 2 mg/L,無法達到國標檢測要求,且選擇性差。 納米金粒子(AuNPs) 的摩爾吸光系數(shù)比傳統(tǒng)的有機顯色劑高約3 ~ 5個數(shù)量級,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手段,相關論文大多發(fā)表于Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.等頂級期刊上,表明了國內(nèi)外同行的高度關注。另外的研究發(fā)現(xiàn)了一種極為特殊的配位化學反應:Hg2+存在下,兩個胸腺嘧啶(T堿基)之間會發(fā)生T—Hg2+—T錯配,其他任何金屬離子都不會發(fā)生此種錯配行為,因此,對Hg2+的識別具有高度的選擇性。 依據(jù)T—Hg2+—T特殊錯配復合物的特性,借助AuNPs的高靈敏度顯色,最新文獻報道了Hg2+的高靈敏度比色測定方法,檢測下限可達1~10 nmol/L(相當于0.0002~0.002 mg/L)。但上述研究成果目前還僅限于專業(yè)的研究型實驗室使用,不適用于現(xiàn)場快速限量檢測,尤其是對于有顏色背景的樣品,受干擾嚴重。至今尚未有適用于現(xiàn)場快速檢測Hg2+的超高靈敏試紙條的研究報道。 綜上,與本項目密切相關的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢可歸納為:①基于AuNPs和特異性DNA探針,建立高靈敏度比色法測定Hg2+,是當前的研究熱點,但不適用于現(xiàn)場快速檢測;②采用該方法原理,開發(fā)了檢測限達nmol/L(相當于0.0002~0.002 mg/L)水平的超高靈敏度汞試紙條,可以快速、簡便、靈敏、準確、低成本地現(xiàn)場檢測Hg2+,至今尚未見報道。