基本信息

项目名称:
超高灵敏度汞离子检测试纸条
小类:
能源化工
简介:
本作品针对汞污染监测的需求,基于极为特殊的胸腺嘧啶(T碱基)与Hg2+之间的T—Hg2+—T错配行为合成了特异性DNA探针,采用极高摩尔吸光系数的纳米金显色,结合免疫层析技术开发了汞离子(Hg2+)检测试纸条生物传感器。检测下限达0.001 mg/L,是目前汞试纸条中灵敏度和选择性最高的产品。且其操作简单、成本低廉,实现了对饮用水、江河湖水、工业污水等大多数水样品中Hg2+的快速现场半定量检测。
详细介绍:
重金属汞属环境污染持久的剧毒物质,汞污染已成为全球性重大环境问题,亦引起了我国政府的高度重视,汞污染防治已被列为“十二五规划”重大专项。我国是汞的生产、使用和排放大国,汞污染防治形势十分严峻。汞的分析与监测技术是汞污染防治的基础。目前成熟的汞检测技术多是借助大型分析仪器,无法满足廉价、快速的现场检测需求。而商品化的快速检测仪器和汞试纸条,其灵敏度低(检测下限为0.1mg/L),达不到国标规定的限值(污水0.05mg/L,饮用水0.001mg/L),且选择性差,无法满足灵敏、准确的检测要求。因此,研究一种新型检测方法,可以灵敏、准确、简单、快速、价廉地现场检测重金属Hg2+,是当前的迫切需要。 本作品开发的试纸条生物传感器,由PVC薄板上依次搭接的样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜(NC膜)、吸水垫组成。特异性DNA探针为:一端结合纳米金粒子(AuNPs)、另一端结合生物素的单链a-DNA,涂覆在结合垫上;单链b-DNA包被的检测线位于NC膜中部,链霉亲和素包被的质控线位于NC膜上部。检测过程如下:样品溶液滴加在样品垫上,在吸水垫和NC膜的毛细作用下上行,经过结合垫时,特异性DNA探针溶解在样品溶液中一起上行。在检测线上,一部分特异性DNA探针、Hg2+、b-DNA通过特异性的T—Hg2+—T错配行为形成双链DNA而被固定,特异性DNA探针链端的AuNPs使检测线显红色。过量的特异性DNA探针继续上行至质控线,其链另一端的生物素与质控线上的链霉亲和素发生特异性结合,特异性DNA探针再次被捕获而使质控线显红色。利用套装产品中的消解液可以实现总Hg检测。 本研究小组基于纳米金和特异性DNA探针研制的Hg2+检测试纸条,其灵敏度达0.001 mg/L,能特异性识别Hg2+、操作简单、成本低、稳定性好,可用于大多数水样品中Hg2+的检测,有利于建立重金属污染预警机制,具有良好的应用前景和产业化前景。

作品图片

  • 超高灵敏度汞离子检测试纸条
  • 超高灵敏度汞离子检测试纸条
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  • 超高灵敏度汞离子检测试纸条
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

一、目的 开发一种汞离子检测试纸条,实现对汞离子的高灵敏度、高选择性、简便、快速、价廉的现场检测。 二、基本思路 (1)问题提出 汞污染已成为全球性灾难,中国又是生产、使用和排放汞最大的国家,防治汞污染的前提是全面监控。 (2)问题分析 目前已开发出的汞检测方法,均不能同时满足灵敏、准确、简单、快速、价廉的现场检测需要,难以满足日益增长的汞检测需求。 (3)问题解决 本作品制备了能对Hg2+有特异性识别性能的DNA探针,并以具有优异光学特性的纳米金作为显色单元,再结合免疫层析技术,成功开发了检测限达0.001 mg/L的Hg2+检测试纸条。 三、主要创新点 基于纳米金和特异性DNA探针,开发出检测限达0.001 mg/L的超高灵敏试纸条,实现“结合—分离—检测—质控”一体化,完成对Hg2+的灵敏、准确、简单、廉价地快速现场检测。 四、技术关键 (1) 特异性DNA探针的设计与合成。基于特异性DNA和纳米金而设计开发的特异性DNA探针同时具备三项功能:①显色功能;②特异性识别Hg2+功能;③质控功能。 (2) 结合垫的制备。优化处理后的结合垫,既能保留特异性DNA探针,使其处于一种有效的状态,又能有效地释放特异性DNA探针。 五、主要技术指标 (1) 检测限:0.001 mg/L; (2) 能特异性识别和检测Hg2+,其它金属离子无干扰。

科学性、先进性

本作品的科学性和先进性主要包括如下几点: (1) 超高灵敏度(检测限达到0.001 mg/L)——这是基于① 本作品设计了特异性DNA探针,两端分别结合生物素和纳米金,利用极高摩尔吸光系数的纳米金作为显色剂,具有极佳的显色效果;②试纸条的白背景使显色更加明锐,人肉眼更加容易识别;③试纸条具有过滤和层析展开作用,能有效消除悬浮颗粒物和有色干扰物质对显色的影响。 (2) 超高选择性(常见的金属离子均无干扰)——这是基于本作品利用了一种极为特殊的配位化学反应:在Hg2+存在情况下,两个胸腺嘧啶(T碱基)之间会发生T—Hg2+—T错配,其他任何金属离子(Mn+)都不会发生此种错配行为。 (3) 样品无需复杂预处理(大部分水样品可直接测定)。 (4) 检测时间短(5~10分钟)。 (5) 检测成本低(2~5元/次)。 (6) 易用(随身携带,即测即有)。

获奖情况及鉴定结果

本作品于2011年5月29日,荣获省第12届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 本作品于2011年3月16日,经过福建省计量科学研究院鉴定,获得检测证书(证书编号:(MLY)E3/11-00319)。鉴定结果:0.01 mg/L Hg2+呈阳性;混合溶液(Pb2+、Cd2+、Co2+、Zn2+,浓度均为1 mg/L)呈阴性。 (特别声明:本检测报告为3月份的检测结果,经过本研究组近3个月的不断优化,目前本试纸条的检测限已经达到0.001 mg/L)

作品所处阶段

已基本完成定性和半定量测定Hg2+的全部技术工作,已制备出产品样品,成果已经处于可转化阶段前期。

技术转让方式

拟优先引入风险投资进行创业,亦可采取以技术入股的形式进行项目合作或专利转让。

作品可展示的形式

实物、产品;图片;样品。

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

一、使用说明: 撕开包装袋,取出试纸条,将待测样品液滴入样品孔,平放于洁净平面,数分钟后观察检测结果:检测线和质控线均显红色为阳性(含Hg2+),检测线无色而质控线红色为阴性(不含Hg2+),两条线均无色或只有检测线红色则失效。一次性使用。 二、技术特点和优势: 灵敏度超高(0.001mg/L)、选择性好(常见金属离子均无干扰)、检测成本低(2~5元/次)、样品无需复杂预处理、操作简单。灵敏度和选择性两项指标比目前市售商品优势显著。 三、适应范围: 简易型适用于饮用水,通用型适用于江河湖水和轻度污染的工业污水,专业型适用于各类工业污水。 四、推广前景的技术性说明: 本作品所采用的技术方案尚未有市场应用;技术含量高,短期内难以被模仿。 五、市场分析: 市场前景良好,因为:市场需求巨大;价格优势明显;竞争对手少。 六、经济效益预测: 根据中国涉汞生产企业、环保监测部门,以及人口的总数量,最保守估计,每年至少消耗试纸条一千万条,经济效益两千余万元。

同类课题研究水平概述

已经成熟的汞检测技术主要包括四大类:①传统显色剂显色—分光光度法;②多种现代仪器分析技术;③一些便携式检测仪器;④基于传统显色剂的现场检测试纸条。前两类技术的不足在于不能进行廉价的现场快速检测,而后两类技术在于检测下限约为0.1 ~ 2 mg/L,无法达到国标检测要求,且选择性差。 纳米金粒子(AuNPs) 的摩尔吸光系数比传统的有机显色剂高约3 ~ 5个数量级,浓度低至nmol/L的AuNPs即可用肉眼直接观察。基于AuNPs的高灵敏度比色法已经初步发展成具有高选择性、高灵敏度的生物分析检测手段,相关论文大多发表于Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.等顶级期刊上,表明了国内外同行的高度关注。另外的研究发现了一种极为特殊的配位化学反应:Hg2+存在下,两个胸腺嘧啶(T碱基)之间会发生T—Hg2+—T错配,其他任何金属离子都不会发生此种错配行为,因此,对Hg2+的识别具有高度的选择性。 依据T—Hg2+—T特殊错配复合物的特性,借助AuNPs的高灵敏度显色,最新文献报道了Hg2+的高灵敏度比色测定方法,检测下限可达1~10 nmol/L(相当于0.0002~0.002 mg/L)。但上述研究成果目前还仅限于专业的研究型实验室使用,不适用于现场快速限量检测,尤其是对于有颜色背景的样品,受干扰严重。至今尚未有适用于现场快速检测Hg2+的超高灵敏试纸条的研究报道。 综上,与本项目密切相关的国内外研究现状和发展趋势可归纳为:①基于AuNPs和特异性DNA探针,建立高灵敏度比色法测定Hg2+,是当前的研究热点,但不适用于现场快速检测;②采用该方法原理,开发了检测限达nmol/L(相当于0.0002~0.002 mg/L)水平的超高灵敏度汞试纸条,可以快速、简便、灵敏、准确、低成本地现场检测Hg2+,至今尚未见报道。
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