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1、湖 南 省 研 究 生 科 研 创 新 项 目申请书项 目 名 称 ：基于共轭电解质诱导化学发光技术的汞离子检测新方法的研究申 请 者 ：* 所 在 单 位 ：长沙理工大学化学与生物工程学院所 属 学 科 ：食品科学联 系 电 话 ：*8* 传 真 电 话 ：* 电 子 信 箱 ：* 申 请 日 期 ：* 湖南省教育厅2013 年制填 报 说 明一、申请书各项内容，要实事求是，逐条认真填写。表达要明确、严谨。外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现的缩写词，须注出全称。除签名外，项目申请书必须是打印件。二、申请书一律用A4 纸，于左侧装订成册。第二页起各栏空格不够时，请自行加页。如有查新报告及
2、其它附件材料，请连同申请书一起装订成册。三、“ 所属学科 ” 按博士、硕士学科专业目录（ 2006年修订版）二级学科名称填写。（封 2，此页不装订）二、立项依据（项目的研究目的、意义；国内外研究现状分析和发展趋势；项目应用前景和学术价值；现有研究基础、条件、手段以及指导教师情况等）1项目研究目的、意义我国首个“十二五”专项规划重金属污染综合防治“十二五”规划剑指五种重金属污染的监测治理； 重金属具有毒性大，在环境中不易被代谢并有生物放大效应等特点，对环境以及生物的危害巨大， 其中尤以汞及其化合物的毒性最大列居各重金属毒性之首，汞会通过食物链富集，处于食物链顶端的人类， 是汞污染的最大受害者。汞
3、在常温下即以液态形式存在，气化后无机汞可以随大气环流循环至全世界的任何角落，是一种全球性的污染物质；例如： 在远离所有大型汞排放源、位于北极附近的北欧国家，海里的鱼类被发现具有极高的汞含量。图 1 汞的排放途径汞污染显然已经成为威胁全球人类健康的共同问题，各国环保部门对环境中汞的浓度都有严格限制，先后召开了4 次“汞作为全球性污染物”的国际性学术会议；为解决汞污染的严重威胁，2009 年2 月，在内罗毕举行的25 届联合国环境规划署部长级会议上，130 多个国家确定在继续推动全球汞伙伴关系建设的同时，召集政府间谈判委员会(INC) ，利用2010 年至2013 年初的三年时间，谈判制定全球汞问
4、题具有法律约束力的国际文书；旨在全球层面采取一致行动对汞污染过程综合监测治理。我国是汞生产和使用大国，据 UNEP 的报告，2005、 2006 年， 我国汞产量约占全球总汞产量的60%左右，汞需求量约占30%40%，均位居全球首位；我国也是全球汞排放大国，研究显示，目前全球每年人为活动向大气的汞排放量约7500 吨，其中中国每年排放汞约1500-2000 吨，超过全球汞排放总量的1/4。图 2 汞的危害途径同时中国亦是全球范围内汞污染最为严重的地区之一；近年来我国经济快速发展，工业布局、 产业结构没有明显改善，工业生产工艺、 污染治理水平尚无有效提高，全国涉汞重金属重点行业产能产量持续增加，
5、重金属汞污染物排放量增幅巨大，达到了26%。重金属汞的污染十分严重，污染防治，已刻不容缓， 而准确测定大气、水域和土壤中汞的含量是治理污染的关键。与其他重金属主要吸附在颗粒物上的污染不同， 汞是以单质的形态即蒸汽态存在于大气中，且含量相对较低，较其他类型重金属更难以捕捉和检测；在加工各种含汞矿石、燃烧含汞无机和有机燃料时，大量汞会进入大气中，而大气中的汞又会通过沉降等因素进入自然循环中，在微生物的作用下发生甲基化等作用，进而进入食物链，使得毒性更强的甲基汞直接危害食品的安全，因而监测和检测特定区域的大气汞浓度变化十分必要；由于大气属于时空连续变异体，极不稳定，同区域的大气随着时间、地点、气象条
6、件等的不同，其特性发生较大的变化；因此， 仪器的高灵敏度和检测的快速性具有特殊重要的意义，对汞进行精确测定和分析，显得十分迫切和必要。2国内外研究现状分析和发展趋势不仅是对汞排放的科学研究还是汞污染的监测，大气中汞（以下简称“气汞”）和水体中汞（以下简称“水汞” ）的快速检测技术都具有非常广泛的应用价值。目前国际上气汞和水汞的测量方法可以归纳为两大类：一类是仪器分析法， 另一类是传感器分析法。仪器分析法技术包括冷原子吸收光谱(Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry, CV AAS) 、 冷原子汞含量值。1-11 仪器方法虽然具有准确度高、测量范围广、
7、 干扰少等优点， 但是其需要昂贵的仪器设备，专业的操作人员和复杂的样品前处理过程，增加了分析成本， 不能满足当今实际样品的日益增加的需求。传感器 (sensors)是以化学分子或生物分子为识别元件，通过化学或生物识别过程来分析和检测化学物质和生物分子的器件。因其灵敏度、特异性好、快速准确及方便等特点，传感器已广泛应用于环境监测、食品工业和临床医学等领域。自2006 年日本学者Ono 和同事发现二价的汞离子能够参与核酸中的两个胸腺嘧啶(T)残基形成稳定的T- Hg2+-T 的结构，基于此发现寡聚核苷酸对汞离子的特异性识别，构建了一系列对汞离子生物传感器。12,13这类传感器具有选择性高、水溶性好
8、并且在中性pH 值或生理条件下响应的优点，近年来成为人们研究的热点。14,15图 3 汞离子参与的T- Hg2+-T 的结构Willner 等人利用寡核昔酸功能化的金胶纳米颗粒构建一种新型的汞离子比色传感系统。通过Au-S共价键把带有T 的两条寡核昔酸单链偶联到金纳米粒子上去，当加入汞离子后，由于T- Hg2+-T 配对的形成拉近了金胶纳米颗粒之间的距离，导致金胶纳米颗粒的聚集，溶液颜色变为蓝色。没有Hg2+存在的条件下， 修饰在金胶纳米颗粒表面的两条探针不能杂交，以稳定分散的状态存在于溶液中，溶液呈红色，通过紫外可见分光光度计或裸眼观察就可比色检测Hg2+，检测限为100nM 。16Lu 等
9、通过进一步优化DNA 探针序列和引入第三条寡核苷酸链，成功实现了室温比色检测Hg2+，但检测限为3uM。17但是上述方法对Au-S 键的形成和表面DNA 自组装密度都有较高要求，过程耗时、成本高、操作复杂，检测限高、限制了其进一步推广应用，因此，发展金胶纳米颗粒无需功能化的快速检测方法对于实际应用非常重要。3项目应用前景和学术价值（1）项目应用前景本项目基于共轭电解质诱导化学发光技术的新颖性和灵敏性，结合汞离子能够特异的参与T- Hg2+-T 配对的性质，开发一种全新的、操作简单快速的、可靠的、高灵敏度高的生物传感方法，检测水中的汞离子的含量。该方法克服了传统的仪器设备检测要专业的操作人员和复
10、杂的样品前处理过程，增加了分析成本，不能满足当今实际样品的日益增加的需求等缺点。（2）学术价值利用共轭电解质诱导化学发光技术与汞离子特异T- Hg2+ -T 实现对水中汞离子的快速灵敏检测，一方面，探索共轭电解质诱导化学发光与重金属相互作用机制，另一方面，研究DNA 生物大分子的共轭电解质诱导化学发光机理。4研究基础、条件、手段和指导老师情况（1）研究基础在前期研究基础方面，项目组长期从事生物技术应用于食品危害因子（如：双酚A 重金属）实时、高灵敏和高通量的检测与监测等研究工作，其中在纳米材料表面进行生物分子修饰技术以及纳米材料生物分子复合物探针在检测方法中的应用技术方面积累了一定的基础,已经
11、发表相关领域的SCI 论文 9 篇。在快速检测研究方面，已经开展了相关的研究工作，利用两种不同粒径的金纳米粒子，通过重金属适配体识别来驱动不对称二聚体的形成，将组装的到的纳米结构作为圆二色谱检测的substrate，实现样品中重金属的超灵敏检测。（2）研究条件项目依托单位拥有湖南省“十二五”重点学科食品科学与工程学科及校级重点学科-化学学科，建有生物传感技术研究平台，具有研究所需要的相关仪器和设备，如紫外差示光谱；DSC；荧光光谱分析仪；氨基酸自动分析仪；蛋白质快速纯化系统；核磁共振波谱仪；傅立叶红外光谱分析仪；高效液相色谱仪；园二色谱仪；质谱仪；电泳仪；全自动凝胶成像系统；激光光散射；流变仪
12、；质构仪；冷冻离心机及各类常规分析测试和化合物结构表征所需仪器和设备，为本课题的实施提供良好的硬件支持。本项目所缺少的实验条件不能在本单位解决的，将在广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室予以解决。因此，本课题的开展与完成已具备强有力技术支持和科研仪器设备的保障。（3）研究手段本项目拟采用以共轭电解质诱导化学发光技术为基础实现汞离子的超灵敏检测，研究方法和实验结果表征主要采用凝胶电泳，化学荧光技术和DNA 杂交等方法。（4）指导老师情况简介程云辉 ，女，工学博士，教授，硕士生导师，长沙理工大学化学与生物工程学院常务副院长，中文核心、 CSCD 收录期刊食品与机械执行主编，教育部食品科学与工
13、程类专业教学指导委员会委员，湖南省“十一五”学位与研究生教育优秀研究生指导教师，湖南省“万企联村、共同发展”专家顾问团成员， 湖南省食品工业标准化技术委员会委员，湖南省食品科学技术学会常务理事，湖南省省级特色专业“食品科学与工程”专业负责人，湖南省省级精品课程食品分析 建设负责人。主要研究方向为功能因子的分离纯化及构效关系研究，目前研究重点为抗氧化肽构效关系及植物蛋白功能特性的改性修饰。探讨了广泛适合酶法制备的抗氧化寡肽高效分离纯化方法；围绕植物蛋白溶解性低的技术难题，开展了大米蛋白、 麦胚蛋白酶法改性及酶解制备活性肽研究，其研究成果达到国际先进或国内领先水平。许宙 ，男，江南大学食品质量与安
14、全博士，长沙理工大学化学与生物工程学院讲师。主要研究方向为生物传感检测新方法、新理论，采用纳米组装与分子识别原理，在功能纳米粒子组装动态调控、抗原-抗体免疫识别及核酸适配体识别等方面取得了一些原创性的研究成果，构建了手性光谱传感及分子印迹仿生识别检测新原理，实现了对环境中环境雌激素和重金属的快速、灵敏和简便检测。5参考文献1 E. M. Nolan and S. J. Lippard, Chem. Rev., 2008, 108, 3443 3480. 2 Q. R. Wang, D. Kim, D. D. Dionysiou, G. A. Sorial and D. Timberlake,
15、Environ. Pollut., 2004, 131, 323 336. 3 P. B. Tchounwou, W. K. Ayensu, N. Ninashvili and D. Sutton,Environ. Toxicol., 2003, 18, 149 175. 4 J. Liu and Y. Lu, Angew. Chem., Int. Ed., 2007, 46, 7587 7590. 5 C. K. Chiang, C. C. Huang, C. W. Liu and H. T. Chang, Anal. Chem., 2008, 80, 3716 3721. 6 S. Vup
16、puturi, M.P.Longnecker, J. L.Daniels, X. G. Guo and D. P. Sandler, Environ. Res., 2005, 97, 195 200.resonance hyperpolarized biosensor. Science, 2006, 314(5798): 446 449. 7 I. Hoyle and R. D. Handy, Aquat. Toxicol., 2005, 72, 147 159. 8 O. T. Butler, J. M. Cook, C. F. Harrington, S. J. Hill, J. Rieuwerts and D. L. Miles, J. Anal. At. Spectrom., 2006, 21, 217 243. 9 L. P. Yu, J. Agric. Food Chem., 2005, 53, 9656 9662. 10 V.
