基于功能核酸的水中重金属检测技术研究

基于功能核酸的水中重金属检测技术研究

高健

高健

深圳市龙华区环境保护和水务局广东深圳518000

摘要：随着我国经济的发展，水资源污染的状况呈逐年上升趋势，在我国饮用水源中将近有20%的水质不达标，地下水污染严重的城市占全国的一半以上，在水资源污染的问题中，最为严重的就是重金属污染，重金属污染不仅会对我国的生态环境造成长久的破坏，还会威胁到人们的身体健康。现阶段人们已经将工作重点放在重金属污染的检测与治理上。基于此，本文首先对传统的重金属污染物检测方法进行分析，然后对基于功能核酸的水中重金属检测技术进行研究，希望为相关人士提供有价值的参考。

关键词：功能核算；重金属污染；检测技术

参考文献

重金属污染主要指汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）等元素的含量超过了健康水质的标准。水中的重金属污染，不仅毒性大，并且在治理起来较为困难，现已经成为全球关注的重点问题之一。水中的重金属污染主要受到两方面的因素影响，即自然因素、人为因素。在通常情况下，岩石风化的碎屑中的重金属的污染浓度较小，并不会给人体造成实际的伤害，人为因素是造成重金属污染的主要原因，随着城市化建设的不断加快，化工、采矿、金属加工等行业的发展规模越来越大，工业的发展会排除大量的重金属污染物，对水体造成污染。由此可见，对重金属检测技术进行研究具有重要的现实意义。

一、重金属的危害

重金属元素在所有生物体维持生命活动中具有重要的作用，但是当其含量超过一定的限制时，就会对生物体造成危害，在水中重金属的含量超标会产生严重的毒性作用，并且很难对其治理，重金属离子的形态与周围的水环境具有密切的关系，会通过沉淀溶解、吸附解析等一系列的化学作用对生态环境造成长久的破坏。水中重金属的危害主要体现在以下几方面，首先会改变细胞的结构，对细胞的光合作用、呼吸作用进行改变，影响水中动物的生长发育。除此之外，重金属的水污染通过饮用水的形式也会对人类的身体造成危害，在人体中积累大量具有毒性作用的金属元素，久而久之就会对人体内部的酶活动进行抑制，对人的神经系统、器官肝脏、肾脏造成危害。

二、传统重金属污染物的检测方法

传统重金属污染物的检测方法主要有两种，湿法消化与干法灰化。在湿法消化中普遍采用高氨酸湿法消解法，但是采用这种方法进行消解时会出现大量的有毒气体，这些气体的存在可能会引起爆炸，并且消解的酸会存在一定的空白值。干法灰化重金属污染物的检测方法主要是将有机物进行高温分解，对高温分解之后的无机物进行检测，这种方法的优点是可以有效的降低污染，但是缺点也较为明显，首先，这种方法需要较高的能耗和较长的消化周期。其次，在对剩余的无机物进行检测时，无机物成分有可能会挥发或者是坩埚材料中截留了一些无机物成分，回收效率不高[1]。除此之外，在重金属污染物的检测上也有电感耦合离子体制普分析法、原子荧光光谱分析法、原子吸收分光光度计法，对汞、锌、铜等金属离子进行检验，但是这些检测方法前期需要投入大量的资金来购买大型的仪器设备，检测成本较高，并且在仪器的操作上也需要专业素质能力强的操作人员，因此，现阶段我国提倡基于功能核酸进行水中重金属的检测。

三、基于功能核酸的水中重金属检测技术

功能核算主要是指核酸中某些目标分子经过特异性结合而具有一定的功能，现阶段基于功能核算的水中检测技术已经取得了一定的进展，目前，我国基于功能核算常见的重金属检测技术有两种，即荧光检测法、比色法，这两种检测方法不仅操作简单、检测成本低，并且可以快速的得出检测结果，有利于我国应对一些突发性的水污染事件，本文接下来将对这两种方法进行一一的探讨，并举出一个检测实例以供相关人士参考。

荧光检测法

（一）荧光检测法的原理主要是利用被测定分子所产生吸收光谱的分析方法，在重金属检测中主要通过双荧光基团对脱氧核糖核苷酸的一段序列进行修饰，在脱氧核糖核苷酸的五端以及三端标志上荧光基团即猝灭基团，当脱氧核糖核苷酸的一段序列与钯分子紧密结合后，脱氧核糖核苷酸自身的序列就会发生变化，实现结构从柔性到刚性，一级到二级的转变，简而言之就是通过更改FRET来对荧光的信号进行更改，在对荧光信号进行检测时通常采用的是荧光光度法，荧光光度法具有一定的准确性，可以对荧光信号进行量化，充分的掌握信号的变化情况，从而更好的对目标分子进行测量。通过相关文献记载，利用铜离子的反应和具有催化功能的脱氧核糖核苷酸片段，在片段的双链接后的同一端为荧光基团，互补链的同一端则是猝灭基团，铜离子可以将脱氧核糖核苷酸的单链切断，使荧光部分处于游离的状态，从而可以对铜离子进行准确的检测[2]。

比色法

（二）比色法主要是通过比较和检测有色物质溶液颜色浓度来对被测的组分的含量进行测定，主要利用的是纳米金的电学、化学以及光学性质。金纳米粒子由于其优异的特性，其催化作用较为明显，现已在新型材料、医学等领域得到了广泛的应用。纳米金粒子就是指金的微小颗粒，直径一般在1-100nm，纳米金的尺寸在一定程度上影响其光学性质[3]。如果纳米金的直径比光的波长要小，在纳米金颗粒感受到光照时，纳米金与入射光就会发生交互作用。如果激发波长的金纳米颗粒要远大于电磁波辐射到的粒径，则会使金纳米的表面出现区域震荡的现象。如果差异不明显，则会发生离子共振。金纳米离子的溶液颜色根据直径产生不同的颜色，其中具体情况如图一所示。

图一不同形态的金纳米颗粒所产生的颜色

在重金属的检测上，金纳米颗粒主要是通过以下两种方式来实现的，首先是交联聚集比色法，交联聚集比色法主要是利用目标分子与修饰物体的相互作用和不同部位的交联分子进行交联，所产生的聚集现象，这种聚集现象就会使金纳米溶液产生颜色。其次是非交联比色法，非交联比色法主要是将金纳米颗粒间所存在的稳定因素降到最低，使金纳米颗粒出现聚集的现象，进而有效的将金纳米颗粒表面的电荷密度增强，使得金纳米颗粒可以在浓度较高的盐溶液中存在。纳米金中Au-N键的形成主要是纳米金与脱氧核糖核苷酸中游离的碱基结合而成，Au-N间可以对多种脱氧核糖

下转第457页核苷酸进行同时负载，当目标分子加进来就会发生反应，产生一系列的结构变化，进而发生颜色反应，为目标分子的颜色比对提供依据。在采用比色法对重金属离子进行监测时，可以利用紫外线可见分光光度计，这种仪器的使用可以对光谱信号进行精准的测量。

实例分析

参考文献

（三）本文主要采用实验探究法就基于功能核算和荧光染料SYBYGreen对汞离子的测定进行实例分析，汞离子对人体的危害极大，是毒性最强的重金属元素，汞离子具有持久性、易挥发等特点，人体通过呼吸就可以将汞元素吸收，并且通过血液循环传到身体的各个组织，如果说重金属污染中只存在少量的汞，人体通过新城代谢就可以将其排除，但是汞的含量超标，就会对人的中枢神经造成影响，汞中毒的人经常会表现为运动障碍、肢体麻木、智力减退等。因此能够快速的检测出水中汞含量是一项重要的工作内容。

在实验仪器与设备上，汞离子的的适配体有脱氧核糖核苷酸探针、荧光分光度计、恒温水溶锅、超纯水。溶液配制主要选取100uM和1uM的汞离子溶液，购买的汞离子溶液的标准物质为100ug/mL，取相应的稀释剂进行稀释，将汞离子溶液稀释到原来的100倍，这样就得到1uM的汞离子。在对汞离子进行检测时，可以先将MSO溶液与不同浓度的汞离子溶液放置在反映样品溶液中，之后再加入适量的HEPES溶液和NANO3溶液，在常温放置20分钟后就会观察到有T-Hg2--T的复合物生成。之后再加入一定浓度的燃料溶液到复合物溶液中，五分钟过后，用荧光分光光度计对其荧光强度进行检验[4]。

汞离子的检测结果如图二所示，其中曲线一表示检测样品中荧光强度的光谱、曲线二表示MSO与SG，MSO与SG都含有汞离子的适配体。曲线三表示100nM的汞离子、MSO与SG。曲线四为500nM的汞离子、MSO与SG。通过图像可看出，荧光强度呈持续上升趋势，表明该实验方法具有可行性，可进行分析。

图二荧光染料SG与MSO对汞离子的检验

四、结束语

综上所示，基于功能核酸的水中重金属检测技术在水处理与环境保护中具有重要的作用，相关部门应该引起重视，加强基于功能核算水中重金属检测技术的研究，更好的解决我国水资源污染问题，进而为我国生态文明社会的建设奠定良好的基础。

参考文献

[1]瑙阿敏.金纳米粒子制备修饰及在重金属检测中的应用[D].哈尔滨商业大学，2017.

[2]刘洪美，栾云霞，陆安祥，等.核酸适配体在小分子目标物快速检测中的应用[J].食品安全质量检测学报，2017（8）：2957-2965.

[3]吴婷.功能核酸液晶-液相生物传感器检测小分子物质的研究[D].湖南大学，2016.

[4]禹亚莉.基于功能核酸的重金属离子电化学生物传感器研究[D].上海海洋大学，2016.