功能核酸电化学重金属离子生物传感器研究

《功能核酸电化学重金属离子生物传感器研究》依据作者十余年来在电化学分析与传感领域中的科研成果和教学实践，介绍基于功能核酸构建不同电化学生物传感器，实现对多种重金属离子的检测分析。主要阐述了重金属离子的来源、危害、传感检测方法及功能核酸的性质和应用，详细介绍了基于功能核酸构建10余种电化学生物传感器的设计原理、传感器构建方法，及对铅、汞、银、镍、铜及镉离子的分析效能和实际样品检测，为环境水体中重金属离子的快速、准确检测提供了一个新的技术平台。 本书可作为高等院校化学、环境和生物等专业研究生的教学参考书，以及本科高年级学生的课外读物，也可供相关领域科技工作者参考。

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第1章重金属001 1.1重金属概述001 1.1.1重金属的理化性质001 1.1.2重金属的污染现状001 1.1.3重金属污染的特点002 1.2重金属的来源及危害002 1.2.1铅的来源及危害003 1.2.2汞的来源及危害004 1.2.3银的来源及危害005 1.2.4铜的来源及危害006 1.2.5镍的来源及危害006 1.2.6镉的来源及危害007 1.3重金属的检测方法007 1.3.1传统光学检测方法008 1.3.2电化学检测法011 1.3.3质谱及色谱法012 1.3.4生物学检测法013 1.4重金属检测意义015 1.4.1环境保护015 1.4.2食品安全015 1.4.3健康医疗015 1.4.4中药材质量控制015 1.5本章小结016 参考文献016 第2章功能核酸概述023 2.1功能核酸简介023 2.2功能核酸的分类024 2.2.1核酸适配体（aptamer）025 2.2.2脱氧核酶（DNAzyme）026 2.2.3碱基错配033 2.2.4G-四链体033 2.3功能核酸的体外筛选035 2.3.1指数富集配体系统进化技术035 2.3.2核酸适配体的筛选原理035 2.3.3DNAzymes的获取方法与技术原理037 2.4功能核酸的优点037 2.5功能核酸的发展现状及应用038 2.6功能核酸在金属离子检测中的应用039 2.6.1荧光生物传感器039 2.6.2比色生物传感器043 2.6.3电化学生物传感器045 参考文献048 第3章基于DNAzyme构象转变构建的Pb2+电化学生物传感器056 3.1引言056 3.2实验部分057 3.2.1实验仪器和试剂057 3.2.2二茂铁标记-NH2修饰的DNA探针057 3.2.3金电极表面的处理及电化学生物传感器的构建057 3.2.4铅离子的电化学检测058 3.3结果与讨论058 3.3.1传感器设计原理058 3.3.2传感器的电化学响应059 3.3.3实验条件的优化059 3.3.4Pb2+的定量检测061 3.3.5铅离子传感器的选择性062 3.3.6在实际样品中的应用063 3.4本章小结063 参考文献063 第4章基于二茂铁标记DNAzyme构建的Pb2+电化学生物传感器065 4.1引言065 4.2实验部分066 4.2.1实验仪器和试剂066 4.2.2二茂铁标记-NH2修饰的寡核苷酸链066 4.2.3金电极表面的处理及电化学生物传感器的构建066 4.2.4铅离子的电化学检测067 4.3结果与讨论067 4.3.1传感器设计原理067 4.3.2优化主要实验参数068 4.3.3Pb2+的定量检测069 4.3.4电化学传感器对铅离子的选择性070 4.3.5在实际样品中的应用071 4.4本章小结071 参考文献071 第5章基于滚环扩增反应和银纳米簇构建的Pb2+电化学生物传感器072 5.1引言072 5.2实验部分073 5.2.1实验仪器和试剂073 5.2.2DNA-AgNCs的制备073 5.2.3金电极表面的处理及电化学生物传感器的构建074 5.2.4凝胶电泳实验074 5.2.5电化学测量074 5.3结果与讨论075 5.3.1传感器设计原理075 5.3.2DNA-AgNCs的表征075 5.3.3琼脂糖凝胶电泳表征076 5.3.4电化学表征076 5.3.5可行性研究078 5.3.6实验条件的优化078 5.3.7Pb2+的定量检测080 5.3.8生物传感器的选择性与重复性081 5.3.9在实际样品中的应用081 5.4本章小结082 参考文献082 第6章基于T-Hg2+-T在石墨烯表面杂交的Hg2+电化学生物传感器084 6.1引言084 6.2实验部分085 6.2.1实验仪器和试剂085 6.2.2石墨烯溶液的制备085 6.2.3二茂铁标记-NH2修饰的寡核苷酸085 6.2.4金电极表面的处理及电化学生物传感器的构建086 6.2.5Hg2+的检测086 6.2.6电化学测量086 6.3结果与讨论086 6.3.1传感器设计原理086 6.3.2GR表征087 6.3.3Hg2+-dsDNA/GR/GCE的电化学特性087 6.3.4实验条件的优化088 6.3.5Hg2+-dsDNA/GR/GCE的电化学行为088 6.3.6Hg2+的定量检测090 6.3.7传感器选择性、稳定性和再生性091 6.3.8在实际样品中的应用092 6.4本章小结093 参考文献093 第7章基于羧化石墨烯和生物条形码放大技术的Hg2+电化学生物传感器096 7.1引言096 7.2实验部分097 7.2.1仪器和试剂097 7.2.2羧基化氧化石墨烯溶液的制备098 7.2.3AuNPs及HRP-bioDNA-AuNPs的制备098 7.2.4金电极表面的处理及电化学生物传感器的构建099 7.2.5Hg2+的检测099 7.2.6电化学测量099 7.3结果与讨论099 7.3.1传感器设计原理099 7.3.2GR-COOH表征100 7.3.3HRP-bioDNA-AuNPs表征101 7.3.4HRP-dsDNA/GR-COOH/GCE的电化学特性101 7.3.5实验条件的优化103 7.3.6HRP-dsDNA/GR-COOH/GCE的电化学行为105 7.3.7Hg2+的定量检测105 7.3.8传感器特性106 7.3.9在实际样品中的应用107 7.4本章小结108 参考文献108 第8章基于催化发夹自组装和铜纳米簇构建Hg2+电化学生物传感器110 8.1引言110 8.2实验部分111 8.2.1实验仪器和试剂111 8.2.2DNA预处理111 8.2.3金电极表面的处理及电化学生物传感器的制备112 8.2.4凝胶电泳实验112 8.2.5电化学测量112 8.3结果与讨论112 8.3.1传感器设计原理112 8.3.2铜纳米簇的表征113 8.3.3凝胶电泳表征114 8.3.4传感器的电化学表征114 8.3.5可行性研究115 8.3.6实验条件的优化115 8.3.7Hg2+的定量检测117 8.3.8传感器的选择性与重复性118 8.3.9在实际样品中的应用118 8.4本章小结119 参考文献119 第9章基于生物条形码与金标银染信号放大技术的Ag+电化学生物传感器121 9.1引言121 9.2实验部分122 9.2.1实验仪器和试剂122 9.2.2制备AuNPs和bioDNA-AuNPs123 9.2.3金电极表面的处理及电化学生物传感器的制备123 9.2.4电化学测量123 9.2.5Ag+的检测123 9.3结果与讨论124 9.3.1传感器设计原理124 9.3.2银增强前后表征124 9.3.3Ag enhancer/dsDNA/MCH/Au的电化学特性127 9.3.4实验条件优化128 9.3.5Ag enhancer/dsDNA/MCH/Au的电化学行为129 9.3.6Ag+的定量检测129 9.3.7传感器特性130 9.3.8在实际样品中的应用131 9.4本章小结132 参考文献132 第10章基于磁性纳米粒子和杂交链式反应的Ag+电化学生物传感器135 10.1引言135 10.2实验部分136 10.2.1实验仪器与试剂136 10.2.2Fe3O4@Au的制备137 10.2.3二茂铁标记-NH2修饰的寡核苷酸137 10.2.4单链DNA-Fe3O4@Au的制备137 10.2.5Fe3O4@Au偶联HCR反应137 10.2.6金磁电极表面的处理及电化学生物传感器的制备137 10.2.7凝胶电泳实验138 10.3结果与讨论138 10.3.1传感器设计原理138 10.3.2材料的表征139 10.3.3凝胶电泳表征140 10.3.4传感器的电化学行为141 10.3.5实验条件的优化142 10.3.6Ag+的定量检测145 10.3.7Ag+传感器的选择性145 10.3.8在实际样品中的应用145 10.4本章小结147 参考文献147 第11章基于Fe3O4@Au和聚合酶等温扩增技术的Ni2+电化学生物传感器149 11.1引言149 11.2实验部分150 11.2.1实验仪器和试剂150 11.2.2Fe3O4@Au的制备151 11.2.3单链DNA-Fe3O4@Au的制备151 11.2.4聚合酶等温扩增反应151 11.2.5金磁电极表面的处理及Ni2+电化学生物传感器的制备151 11.2.6凝胶电泳实验151 11.3结果与讨论152 11.3.1传感器设计原理152 11.3.2凝胶电泳的表征152 11.3.3传感器的电化学行为152 11.3.4实验参数的优化154 11.3.5扫描速度的影响156 11.3.6Ni2+的定量检测157 11.3.7传感器的选择性、稳定性和重现性157 11.3.8在实际样品中的应用158 11.4本章小结159 参考文献159 第12章基于Fe3O4@Au和核酸内切酶的Cu2+电化学生物传感器160 12.1引言160 12.2实验部分161 12.2.1实验仪器与试剂161 12.2.2二茂铁标记-NH2修饰的寡核苷酸161 12.2.3Fe3O4@Au的制备162 12.2.4单链DNA-Fe3O4@Au的制备162 12.2.5聚合酶等温扩增和核酸内切酶反应162 12.2.6金磁电极表面的处理及Cu2+电化学生物传感器的制备162 12.3结果与讨论162 12.3.1传感器设计原理162 12.3.2传感器的电化学行为163 12.3.3实验参数的优化164 12.3.4扫描速度的影响166 12.3.5Cu2+的定量检测167 12.3.6传感器的选择性、重现性和稳定性167 12.3.7在实际样品中的应用168 12.4本章小结169 参考文献169 第13章基于杂交链式反应和银纳米簇构建Cd2+电化学生物传感器171 13.1引言171 13.2实验部分172 13.2.1实验仪器和试剂172 13.2.2金电极表面的处理及Cd2+电化学生物传感器的制备172 13.2.3凝胶电泳实验173 13.2.4电化学测量173 13.3结果与讨论173 13.3.1传感器设计原理173 13.3.2银纳米簇的表征173 13.3.3凝胶电泳表征175 13.3.4传感器的电化学表征175 13.3.5可行性研究176 13.3.6实验条件的优化177 13.3.7Cd2+的定量检测178 13.3.8传感器的选择性与重复性178 13.3.9在实际样品中的应用179 13.4本章小结179 参考文献180 第14章总结与展望181 14.1总结181 14.2展望183