基于Hg2+和Ag+對(duì)DNA修飾金納米粒子的作用構(gòu)建DNA邏輯門

王忠霞，張 立，梁汝萍，邱建丁

（南昌大學(xué)化學(xué)系，江西南昌330031）

重金屬離子作為環(huán)境的重要污染物，對(duì)人體的健康存在很大的影響。例如，Hg2+在水體中是非常穩(wěn)定的二價(jià)金屬離子，它可以通過(guò)飲用水和食物等途徑被人體攝取，而對(duì)人的大腦產(chǎn)生永久性的損傷；Ag+在水體中是高毒性的一價(jià)金屬離子，它能對(duì)水生生物以及人體造成巨大的傷害。近年來(lái)，DNA分子與金屬離子的作用得到了廣泛的關(guān)注，這是因?yàn)榻饘匐x子可以和特定的DNA堿基形成穩(wěn)定的復(fù)合物。例如：汞離子（Hg2+）、銀離子（Ag+）可以分別使胸腺嘧啶(T)以及胞嘧啶(C)之間形成T-Hg2+-T和C-Ag+-C等類似堿基配對(duì)的結(jié)構(gòu)。由于Hg2+和Ag+的含量已經(jīng)作為水體安全的重要指標(biāo)，因此快速和靈敏的分析水體以及食物中的 Hg2+、Ag+是非常重要的。目前，分析 Hg2+和Ag+的方法已被廣泛研究，包括循環(huán)伏安法、熒光法等，而比色法具有操作簡(jiǎn)易、靈敏度高且肉眼易分辨等優(yōu)點(diǎn)而被人們所關(guān)注。

1 DNA邏輯門的構(gòu)建

該文將富T-和C-堿基的DNA通過(guò)金巰鍵固定在金納米粒子的表面，形成DNA-Au納米金膠復(fù)合物，根據(jù)Hg2+與T-堿基以及Ag+與C-堿基的高度特異性結(jié)合原理，以Hg2+和Ag+作為輸入信號(hào)，DNA修飾金納米粒子復(fù)合物的聚集作為輸出信號(hào)構(gòu)建了DNA“AND”邏輯門，并采用紫外和散射方法來(lái)選擇性分析Hg2+和Ag+。當(dāng)在Hg2+或Ag+存在時(shí)，由于一種金屬離子與DNA堿基之間的締合力不足以抵抗堿基之間的靜電斥力，因此DNA-Au復(fù)合物不會(huì)發(fā)生聚集，而當(dāng)Hg2+和Ag+同時(shí)存在時(shí)，由于T-Hg2+-T及C-Ag+-C形式的特異性締合而使該復(fù)合物發(fā)生聚集，從而引起金膠紫外吸收光譜的紅移及散射強(qiáng)度的增加，以此可以達(dá)到對(duì)Hg2+和Ag+的選擇性分析。

2 結(jié)果與討論

圖1a描繪了DNA邏輯門的紫外吸收光譜表征：圖中顯示在沒有Hg2+和Ag+或只存在一種金屬離子的條件下，金膠的紫外可見光譜的最大吸收峰都沒有移動(dòng)或有較小的遷移。這是由于一種金屬離子與DNA堿基之間的締合力不足以抵抗堿基之間的靜電斥力，而使DNA-Au金膠復(fù)合物沒有發(fā)生聚集。當(dāng)Hg2+和Ag+都存在的條件下，金膠的紫外吸收光譜的最大吸收峰有較大的紅移，這是由于DNA堿基在Hg2+和Ag+存在下發(fā)生了堿基與金屬離子特異性結(jié)合，而使金膠聚集。且從內(nèi)插圖 中可以發(fā)現(xiàn)金膠的顏色也發(fā)生了較大的變化，由金膠的酒紅色變成了藍(lán)紫色，說(shuō)明金膠的聚集。

圖1 （a）DNA邏輯門的紫外吸收光譜表征，內(nèi)插圖 為金膠復(fù)合物顏色變化圖；（b）DNA邏輯門的散射光譜表征，內(nèi)插圖 為DNA邏輯門的真值表圖

圖1b描繪了DNA邏輯門的散射光譜表征：圖中顯示溶液中只存在一種金屬離子的條件下，DNA-Au金膠復(fù)合物溶液的散射強(qiáng)度和單純的DNA-Au金膠復(fù)合物溶液的散射強(qiáng)度一樣，說(shuō)明金膠粒子的半徑?jīng)]有發(fā)生變化，金膠沒有發(fā)生聚集。當(dāng)Hg2+和Ag+都存在的條件下，DNA-Au金膠復(fù)合物溶液的散射強(qiáng)度有較大的增加，說(shuō)明金膠粒子的半徑發(fā)生較大的變化，金膠發(fā)生了聚集，與紫外吸收光譜的分析法結(jié)果一致。

（略）