基于脱氧核酶的铀酰离子倏逝波生物传感检测技术研究

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1、基于脱氧核酶的铀酰离子倏逝波生物传感检测技术研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：李弘杨指导教师:何王苗研究员二○一七年六月EvanescentwavebiosensorfordetectionofuranylionsinwatersamplesbasedonDNAzymeThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScie

2、nceinEnvironmentalScienceandEngineeringbyLiHongyangThesisSupervisor:ProfessorHeMiaoJune,2017摘要摘要本研究利用脱氧核酶与铀酰离子的特异性酶切反应，结合本课题组自主研制的全光纤倏逝波检测仪，成功构建了可快速灵敏检测铀酰离子的生物传感器，得到了如下研究成果：（1）从底物链与酶链的浓度、底物链与酶链的比例及酶切反应时间等方面优化了脱氧核酶与铀酰离子的反应条件，为脱氧核酶后续在光纤传感器上的应用建立了基础。建立了通过光纤表面

3、羟基化、硅烷化以及戊二醛偶联法的功能核酸修饰固定方法，并成功制备了可用于全光纤倏逝波仪器的传感光纤，并通过封闭剂的优化选择，确定了甘氨酸作为本研究使用的封闭剂，降低了非特异性吸附对检测的影响。（2）设计了“均相反应，固相杂交”的两步法铀酰离子脱氧核酶传感检测策略，成功实现了利用光纤倏逝波生物传感器对于铀酰离子的检测，整个检测过程仅需16分钟即可完成，对于铀酰离子的检测限低至0.5nM(0.12μg/L)。铅和汞等十种金属离子对于本检测方法无明显干扰，表现出了对于铀酰离子的良好选择性。传感光纤可重复使用100

4、次以上，不会有信号的明显衰减，可有效降低检测成本。（3）系统研究了环境水体中离子强度、硬度、无机阴离子以及腐殖酸等各种基质对于检测方法的干扰和影响，并对各项指标提出了本检测方法适合的边界条件。进行了六种不同水质类型的实际水样加标回收试验，在饮用水及水质较好的地表水中能够保证80%以上的回收率，明确了该方法的水质适用范围。结合六种水样的各项水质指标检测结果，分析认为腐殖酸及离子强度是导致其水样检测信号下降的原因。（4）结合脱氧核酶生物传感法检测铀酰离子的系统实验测量数据，建立了线性范围、检出限、方法精密度与准

5、确度、重复性以及记忆效应等性能指标的标准操作程序，并提出了基于脱氧核酶的铀酰离子光纤倏逝波生物传感法检测的标准化方案，为本研究开发的生物传感器方法检测铀酰离子在实际环境监测应用提供了技术支撑。关键词：脱氧核酶；光纤倏逝波传感器；铀酰离子；基质效应；标准化方案IAbstractAbstractInthisstudy,asensitiveandrapidlymethodforthedetectionofUO2+2wassuccessfullyestablished,whichwasbesedonthespeci

6、ficcleavagereactionbetweenDNAzymeanduranylions,andintegratedwiththeall-fiberevanescentwavebiosensorplatformdevelopedbyourresearchgroup.Thereseachresultsweredescribedasfollows:(1)ThereactionconditionsofDNAzymeanduranylionswereoptimized,suchastheconcentratio

7、nofthesubstratechainandtheenzymechain,theratiobetweenthesubstratechainandtheenzymechain,thereactiontimeofthecleavagereaction.Theabove-optimizedresultswouldprovidefoundationfortheDNAzymeapplicationonthefiberbiosensorplatform.Basedontheopticalfibermodificati

8、onstep,includingthehydroxylation,silanization,crosslinkwithglutaraldehydeandimmobilizationoffunctionalnucleicacidsonthefibersurface,theDNAzymefibersuitablefortheevanescentwavebiosensorwasprepared.Aftertheopti