重金属因其优异的物理、化学、力学等性能,被广泛的应用于工业、农业等领域。大量生产和应用的同时带来不可避免的重金属污染问题。他们可通过诸多的自然因素及人为因素造成环境污染,同时重金属在环境中难以降解,人体摄入后不易排除。因此建立有效的重金属检测方法,对生态环境、食品安全及人类的健康安全有着重要的意义。基于重金属配体的分析法近年来被诸多研究者应用于重金属快速检测中。其系统强大的信号转换及放大能力,使得构建的检测方法灵敏度得到大幅度提高。同时重金属-配体之间快速的结合响应能力,保证了该分析法能在较短时间内完成。结合多种固相载体(ELISA微孔板、层析试纸条)、信号显示材料(荧光、化学发光等纳米材料)及便携式检测仪器,该分析法能够应用于现场实地检测。本文主要以Hg2+、Cu2+两种重金属离子为研究对象,利用它们各自对应的新型特异性配体(抗体、蛋白、核酸)结合纳米材料技术、电化学传感技术及拉曼分析技术,建立了 Hg2+、Cu2+的快速检测方法。主要内容包括以下几个方面:(1)利用新型抗Hg2+单克隆抗体(McAb)作为Hg2+特异识别配体,建立了水及牛奶样品中Hg2+的绿色免疫层析电化学检测方法。该新型抗Hg2+McAb可与不含Hg2+的绿色包被原结合,在不需要螯合剂条件下,单独的Hg2+能特异地影响该抗体与包被原的识别。介于此,我们设计了纳米金(AuNPs)双重标记结合电化学检测的免疫层析试纸条分析。该方法不需要样品前处理过程,新型无Hg2+包被原的使用,赋予了该方法绿色环保的功能。HRP-AuNPs信号放大探针、层析试纸条系统及电化学检测手段的应用,使得该方法具有快速、准确、灵敏度高等特点。对Hg2+的最低检测限为0.03 ngmL-1,远低于美国环境保护署和中国卫生部规定的饮用水(2ngmL-1)和牛奶(10ngmL-1)中最大Hg2+允许浓度。(2)对于目标分析物的检测,高灵敏度一直是广大研究者们追求的高性能参数之一。表面增强拉曼(SERS)分析是一种极其灵敏的分析方法,被广泛用于化学和生物分析。我们利用新型Cu2+特异性识别蛋白MarR作为Cu2+特异识别配体,构建了基于双重热点模式的Cu2+表面增强拉曼分析。MarR作为SERS热点模式下的桥接分子,Cu2+诱导形成MarR四聚体,导致SERS热点的产生。相比传统的热点模式,加入的信号放大探针形成双重热点,使灵敏度提高了 50倍,对于水样品中Cu2+的最低检测限达到0.18nM,远低于美国环境保护署规定的饮用水中Cu2+最大限量(20 μM)。与目前已有的报道相比,由于该分析方法具有高灵敏度、高选择性及快速的特点,表现出综合性的优势。(3)在前一个工作的基础上,我们以Cu2+特异性识别配体MarR蛋白结合纳米金探针,构建了 Cu2+的多路径比色分析方法。Cu2+特异性诱导MarR包裹的AuNPs的团聚,根据溶液红色至蓝色颜色的转变,实现Cu2+的比色分析。裸眼、紫外分光及基于智能手机三种检测手段相互补充,能够满足不同需求和条件下的Cu2+检测,具有较高的灵活性。在最优条件下,该方法能在5 min内完成水样品中Cu2+的检测,3种检测路径的最低检测限分别达到1 μM,405 nM和61 nM。该分析系统特异性好、简单快速、多路径变换检测,在对于Cu2+现场实地检测中展现出巨大的应用潜力,同时MarR蛋白对Cu2+独特响应性能,为Cu2+检测提供了新方向。(4)利用基于点击化学和单链DNA(ssDNA)杂交的信号放大试纸条,建立了水样品中Cu2+的快速、高灵敏和高特异性检测分析方法。叠氮基和炔基修饰的ssDNA作为Cu2+特异识别试剂。通过2条标记在不同AuNPs探针上序列部分互补的ssDNA的杂交作用,使得试纸条检测线捕获更多的AuNPs,从而实现信号放大。在最优检测条件下,对于Cu2+的检测线性范围为5 nM～20 μM,可视化和定量分析的最低检测限分别达到5 nM和3.7 nM,比传统的试纸条方法灵敏度提高了 80倍。利用该方法对自来水及河水等实际样品中的Cu2+浓度进行测定,测定结果与ICP-MS检测结果对照分析表明,该分析方法具有很好的检测准确性。由于铜离子催化的叠氮基-炔基点击化学反应的高特异性,本方法展现出极强的Cu2+选择性,同时该方法通过裸眼即可判定检测结果,使得该方法在Cu2+现场实地检测中表现出广阔的应用前景。