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| 內容簡介： |
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《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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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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金属离子在生命科学、环境科学、医学等领域扮演着重要角色，金属离子的种类、浓度以及存在的价态和形态等直接决定了它们的功能以及对环境和生物体的作用。近年来，由于重金属离子环境污染物对人类健康构成威胁，重金属离子已成为最受关注的公共卫生问题之一。重金属离子主要来源于工业排污，这些有害物质从工厂排出，流入土地、河流，对土地造成污染，进而影响农作物的生长，对农业生产构成显著威胁。由于其不易降解、毒性强等特点，通过食物链进入人体后会造成人类重金属中毒，给人类健康、生态环境、社会经济带来非常恶劣的影响。随着人们越来越意识到水环境质量的重要性，开发简单、灵敏、准确的检测技术，实现重金属离子的特异性和高灵敏度检测，对人类、其他生物和生态环境的长期发展具有深远意义。
功能核酸是指能与特定目标高特异性结合，或者具有催化功能的核酸序列，主要分为天然和人工两类。天然功能核酸包括核糖酶（ribozyme）和核糖酶开关（riboswitches），人工功能核酸包括由体外指数富集配体系统进化技术（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）筛选出的具有催化活性的金属离子依赖型脱氧核酶（DNAzyme），能够特异性结合靶标分子的核酸适配体（aptamer），以及能够与某些金属离子稳定结合的碱基错配结构。功能核酸通过体外筛选以及自动化大规模合成，具有成本低、分子量小、无毒性等特点。功能核酸应用范围广泛，靶标除了常见的蛋白质、酶、细胞因子外，还有病毒颗粒、病原菌以及小分子物质，如金属离子、抗生素和核苷酸等。自从发现功能核酸具有催化和配体结合等功能以来，大量的功能核酸被发现，并在药物开发、材料科学、纳米技术、成像和传感等领域展现出巨大的应用潜力。
本书基于三类人工功能核酸（脱氧核酶、核酸适配体和碱基错配），利用纳米材料优异的光学、电学、化学和生物学性能，结合生物信号放大技术研制了多种用于高灵敏度、特异性的重金属离子检测的电化学生物传感器，这些传感器能够对目标物质（铅离子、汞离子、银离子、镍离子、铜离子和镉离子）进行高灵敏度、高选择性、快速和简便的检测，并初步验证了这些传感器在实际应用中的可行性。基于重金属离子和DNA之间的亲和力相互作用，结合纳米材料和生物信号放大技术，本专著总结了作者在功能核酸电化学重金属离子生物传感器领域的研究工作，以期为重金属离子的现场、原位、实时及多种重金属同时检测提供参考。重金属离子和功能核酸的相关知识涉及学科较广，由于作者水平和知识面所限，本书的内容和写作可能存在缺陷和不足，恳请读者批评指正，不胜感谢！
写作本书，与作者10余年来一直从事功能纳米材料和化学与生物传感研究密切相关。这些研究工作得到了国家自然科学基金（21205104、21565031、21665027）和云南省科技厅和教育厅项目基金的资助，同时与实验室多位研究生的工作和付出密不可分，在此一并致以衷心的感谢！
2024年1月于
云南民族大学雨花校区
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