基于Hg2+和Ag+对DNA修饰金纳米粒子的作用构建DNA逻辑门

王忠霞，张 立，梁汝萍，邱建丁

（南昌大学化学系，江西南昌330031）

重金属离子作为环境的重要污染物，对人体的健康存在很大的影响。例如，Hg2+在水体中是非常稳定的二价金属离子，它可以通过饮用水和食物等途径被人体摄取，而对人的大脑产生永久性的损伤；Ag+在水体中是高毒性的一价金属离子，它能对水生生物以及人体造成巨大的伤害。近年来，DNA分子与金属离子的作用得到了广泛的关注，这是因为金属离子可以和特定的DNA碱基形成稳定的复合物。例如：汞离子（Hg2+）、银离子（Ag+）可以分别使胸腺嘧啶(T)以及胞嘧啶(C)之间形成T-Hg2+-T和C-Ag+-C等类似碱基配对的结构。由于Hg2+和Ag+的含量已经作为水体安全的重要指标，因此快速和灵敏的分析水体以及食物中的 Hg2+、Ag+是非常重要的。目前，分析 Hg2+和Ag+的方法已被广泛研究，包括循环伏安法、荧光法等，而比色法具有操作简易、灵敏度高且肉眼易分辨等优点而被人们所关注。

1 DNA逻辑门的构建

该文将富T-和C-碱基的DNA通过金巯键固定在金纳米粒子的表面，形成DNA-Au纳米金胶复合物，根据Hg2+与T-碱基以及Ag+与C-碱基的高度特异性结合原理，以Hg2+和Ag+作为输入信号，DNA修饰金纳米粒子复合物的聚集作为输出信号构建了DNA“AND”逻辑门，并采用紫外和散射方法来选择性分析Hg2+和Ag+。当在Hg2+或Ag+存在时，由于一种金属离子与DNA碱基之间的缔合力不足以抵抗碱基之间的静电斥力，因此DNA-Au复合物不会发生聚集，而当Hg2+和Ag+同时存在时，由于T-Hg2+-T及C-Ag+-C形式的特异性缔合而使该复合物发生聚集，从而引起金胶紫外吸收光谱的红移及散射强度的增加，以此可以达到对Hg2+和Ag+的选择性分析。

2 结果与讨论

图1a描绘了DNA逻辑门的紫外吸收光谱表征：图中显示在没有Hg2+和Ag+或只存在一种金属离子的条件下，金胶的紫外可见光谱的最大吸收峰都没有移动或有较小的迁移。这是由于一种金属离子与DNA碱基之间的缔合力不足以抵抗碱基之间的静电斥力，而使DNA-Au金胶复合物没有发生聚集。当Hg2+和Ag+都存在的条件下，金胶的紫外吸收光谱的最大吸收峰有较大的红移，这是由于DNA碱基在Hg2+和Ag+存在下发生了碱基与金属离子特异性结合，而使金胶聚集。且从内插图 中可以发现金胶的颜色也发生了较大的变化，由金胶的酒红色变成了蓝紫色，说明金胶的聚集。

图1 （a）DNA逻辑门的紫外吸收光谱表征，内插图 为金胶复合物颜色变化图；（b）DNA逻辑门的散射光谱表征，内插图 为DNA逻辑门的真值表图

图1b描绘了DNA逻辑门的散射光谱表征：图中显示溶液中只存在一种金属离子的条件下，DNA-Au金胶复合物溶液的散射强度和单纯的DNA-Au金胶复合物溶液的散射强度一样，说明金胶粒子的半径没有发生变化，金胶没有发生聚集。当Hg2+和Ag+都存在的条件下，DNA-Au金胶复合物溶液的散射强度有较大的增加，说明金胶粒子的半径发生较大的变化，金胶发生了聚集，与紫外吸收光谱的分析法结果一致。

（略）