利用DNA四面體和i-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法
2023-05-20 15:47:51
利用DNA四面體和i-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用DNA四面體和i-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法，該方法以DNA四面體為支架，在DNA四面體頂端連接i-motif分子，利用DNA分子雙鏈互補結構和特殊DNA分子對pH值的敏感，來控制納米金顆粒的組裝。本發明的優點在於所用原料生物相容性好，操控簡便；製備的自組裝納米結構具有良好的物理化學穩定性，能夠作為研究納米尺度與宏觀尺度材料之間各種性質的橋梁；並且由於i-motif結構的引入和DNA四面體本身受pH值發生結構變化的特性，使得該結構兼具了pH值可控的特性，能夠通過pH值控制結構中納米粒子的間距。
【專利說明】利用DNA四面體和1-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用DNA四面體和1-motif結構控制納米金顆粒(AuNP)自組裝的方法，具體涉及一種以DNA四面體為支架，在DNA四面體頂端連接1-motif分子，利用DNA分子鹼基互補和特殊DNA分子對pH值的敏感,來控制納米金顆粒的組裝。本發明屬於納米生物材料領域，在拉曼增強，藥物載體，生物檢測等方面有潛在的應用。
【背景技術】
[0002]隨著納米技術的發展，納米粒子自組裝成複雜納米結構已經引起了廣泛的研究興趣。理解納米粒子在納米尺度不同於單分散的組裝行為，如二維層狀結構，三維超晶格納米結構等對於我們認識其宏觀固有的光學，電學和化學特性具有重要意義。這種編程式的DNA獨有的特性可以使得我們更容易的操控這種納米尺度的結構，而這正是傳統方法難以達成的。
[0003]目前，DNA修飾的納米金常被作為分子尺、基因和蛋白質檢測等領域。使用DNA分子的鹼基配對性質對納米顆粒進行有規律的組裝，為納米自組裝材料更好的應用於生物檢測和醫藥領域開闢了新的途徑，同時也為我們更深入理解納米粒子的自組裝性質提供了可靠的基礎。
[0004]DNA四面體具有不同於普通DNA雙鏈或單鏈的性質，由於它相比二維DNA結構具有一定的剛性，結構簡單穩定，容易修飾，因此是理想的用於納米粒子自組裝的材料；i_motif結構是端粒DNA的特異序列，會隨著pH值的變化而發生形狀變化(當pH值由中性變為酸性時結構發生摺疊)。本發明使用DNA四面體和1-motif結構，同時利用pH值的變化來控制納米粒的二維、三維組裝，具有較好的創新性和應用潛能。
【發明內容】
[0005]為克服現有技術的不足，本發明提供一種利用DNA四面體和1-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法。
[0006]—種利用DNA四面體和1-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法，其特徵在於，包括以下步驟:
(1)DNA四面體結構的製備:
各取2 μ L不同的DNA單鏈1、2、3、4，加入到42 μ L Tris-MgCl溶液中，DNA單鏈50 μ Μ，Tris-MgCl溶液Tris 10mM, MgCl2 50mM, pH8 ;將混合溶液置於PCR儀中，反應溫度為95°C，10分鐘後冷卻至4°C，繼續反應30分鐘；DNA單鏈即可通過鹼基互補配對自組裝成一個頂端帶有1-motif結構，另外三個頂端帶有巰基的DNA四面體；
所述DNA鏈鹼基序列見序列表；
(2)DNA分子與金基底的吸附:
取帶巰基的PEG分子(SH- (PEG) 7-0CH3, lmg/mL)修飾在納米金表面，靜置30分鐘；然後取上述自組裝好的TDN-1-motif溶液，加入納米金溶液中，DNA四面體上的巰基會吸附在納米金表面，充分反應2小時，形成DNA-AuNP，可得到分散狀態下的DNA_AuNP顆粒；
(3)互補鏈的加入以及pH變化控制納米粒子間距:
向上述分散溶液中加入不同濃度的1-motif互補鏈，互補鏈序列見序列表5，使得該互補鏈與DNA-納米顆粒上的1-motif結構發生鹼基配對,從而使得多個納米顆粒聚集，形成不同大小的三維結構；然後改變溶液的pH值，由於1-motif結構和DNA四面體結構的構型、大小都會受到pH變化的影響，因此可以通過改變pH值來改變該三維納米結構中納米顆粒之間的距離。
[0007]本發明目的在於利用DNA四面體(TDN)和1-motif的結構特性，組裝一種pH控制的納米金三維結構。該方法組裝結構可控，簡單易操作，通過控制加入互補鏈的濃度能夠達到控制組裝結構大小的目的，同時通過調節pH值，還能夠控制最終納米顆粒之間的距離。
[0008]本發明的優點在於:
本發明採用DNA四面體結構，通過DNA四面體頂端連接1-motif鏈，然後加入1-motif互補鏈配對的方式，得到DNA控制的納米金自組裝三維結構。所用原料生物相容性好，操控簡便。
[0009]本發明製備的自組裝納米結構具有良好的物理化學穩定性，能夠作為研究納米尺度與宏觀尺度材料之間各種性質的橋梁。
[0010]本發明使用的DNA四面體具有相對於其他DNA鏈較為剛性的力學結構，因此通過它組裝而成的三維納米結構更加穩定，並且由於1-motif結構的引入和DNA四面體本身受pH值發生結構變化的特性，使得該結構兼具了 pH值可控的特性，能夠通過pH值控制結構中納米粒子的間距。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為TDN-1-motif在pH8.5時的結構示意圖。
[0012]圖2為TDN-1-motif在ρΗ4.5時的結構示意圖。
[0013]圖3為吸附了 TDN-1-motif的納米金顆粒在加入互補鏈後，中性pH值下形成的納米自組裝結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。以下的實施例是對本發明的進一步說明，而不限制本發明的範圍。
[0015]實施例1:
各取 2μ L 不同的 DNA 單鏈 1、2、3、4 (50 μ Μ)力口入至lj 42 μ L Tris-MgCl (Tris lOmM,MgCl2 50mM, pH8)溶液中。將混合溶液置於PCR儀中，反應溫度為95°C，10分鐘後冷卻至4°C,繼續反應30分鐘。DNA單鏈即可通過鹼基互補配對自組裝成一個頂端帶有1-motif結構，另外三個頂端帶有巰基的DNA四面體。
[0016]取帶巰基的PEG分子(SH-(PEG)7-0CH3，lmg/mL)修飾在納米金表面，靜置30分鐘。然後取上述自組裝好的TDN-1-motif溶液，加入納米金溶液中，DNA四面體上的巰基會吸附在納米金表面，充分反應2小時，形成DNA-AuNP，可得到分散狀態下的DNA-AuNP顆粒。
[0017]向上述分散溶液中加入一定濃度的1-motif互補鏈(互補鏈序列見序列表鏈5)，使得該互補鏈與DNA-納米顆粒上的1-motif結構發生鹼基配對，從而使得多個納米顆粒聚集，形成不同大小的三維自組裝結構。
[0018]實施例2:
各取 2μ L 不同的 DNA 單鏈 1、2、3、4 (50 μ Μ)力口入至lj 42 μ L Tris-MgCl (Tris lOmM,MgCl2 50mM, pH8)溶液中。將混合溶液置於PCR儀中，反應溫度為95°C，10分鐘後冷卻至4°C,繼續反應30分鐘。DNA單鏈即可通過鹼基互補配對自組裝成一個頂端帶有1-motif結構，另外三個頂端帶有巰基的DNA四面體。
[0019]取帶巰基的PEG分子(SH-(PEG)7-OCH3，lmg/mL)修飾在納米金表面，靜置30分鐘。然後取上述自組裝好的TDN-1-motif溶液，加入納米金溶液中，DNA四面體上的巰基會吸附在納米金表面，充分反應2小時，形成DNA-AuNP，可得到分散狀態下的DNA-AuNP顆粒。
[0020]向上述分散溶液中加入一定濃度的1-motif互補鏈(互補鏈序列見序列表鏈5)，使得該互補鏈與DNA-納米顆粒上的1-motif結構發生鹼基配對，從而使得多個納米顆粒聚集，形成不同大小的三維結構。然後改變溶液的pH值至8.5，由於1-motif結構和DNA四面體結構的構型、大小都會受到pH變化的影響，在pH8.5時，DNA四面體在溶液中體積較大，1-motif結構未發生摺疊，因此得到顆粒間距較大的三維納米自組裝結構。
[0021]實施例3:
各取 2μ L 不同的 DNA 單鏈 1、2、3、4 (50 μ Μ)力口入至lj 42 μ L Tris-MgCl (Tris lOmM,MgC12 50mM, pH8)溶液中。將混合溶液置於PCR儀中，反應溫度為95°C，10分鐘後冷卻至4°C,繼續反應30分鐘。DNA單鏈即可通過鹼基互補配對自組裝成頂端帶有1-motif結構，另外三個頂端帶有巰基的DNA四面體。
[0022]取帶巰基的PEG分子(SH-(PEG)7-0CH3，lmg/mL)修飾在納米金表面，靜置30分鐘。然後取上述自組裝好的TDN-1-motif溶液，加入納米金溶液中，DNA四面體上的巰基會吸附在納米金表面，充分反應2小時，形成DNA-AuNP，可得到分散狀態下的DNA-AuNP顆粒。
[0023]向上述分散溶液中加入一定濃度的1-motif互補鏈(互補鏈序列見序列表鏈5)，使得該互補鏈與DNA-納米顆粒上的1-motif結構發生鹼基配對，從而使得多個納米顆粒聚集，形成不同大小的三維結構。然後改變溶液的pH值至4.5，由於1-motif結構和DNA四面體結構的構型、大小都會受到pH變化的影響，在pH4.5時，DNA四面體在溶液中體積較小，1-motif結構發生了摺疊，因此得到顆粒間距較小的三維納米自組裝結構。
【權利要求】
1.一種利用DNA四面體和1-motif結構控制納米金顆粒自組裝的方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)DNA四面體結構的製備: 各取2 μ L不同的DNA單鏈1、2、3、4，加入到42 μ L Tris-MgCl溶液中，DNA單鏈50 μ Μ，Tris-MgCl溶液Tris 10mM, MgCl2 50mM, pH8 ;將混合溶液置於PCR儀中，反應溫度為95°C，10分鐘後冷卻至4°C，繼續反應30分鐘；DNA單鏈即可通過鹼基互補配對自組裝成一個頂端帶有1-motif結構，另外三個頂端帶有巰基的DNA四面體； 所述DNA鏈鹼基序列見序列表； (2)DNA分子與金基底的吸附: 取帶巰基的PEG分子(SH- (PEG) 7-0CH3, lmg/mL)修飾在納米金表面，靜置30分鐘；然後取上述自組裝好的TDN-1-motif溶液，加入納米金溶液中，DNA四面體上的巰基會吸附在納米金表面，充分反應2小時，形成DNA-AuNP，可得到分散狀態下的DNA_AuNP顆粒； (3)互補鏈的加入以及pH變化控制納米粒子間距: 向上述分散溶液中加入不同濃度的1-motif互補鏈，互補鏈序列見序列表5，使得該互補鏈與DNA-納米顆粒上的1-motif結構發生鹼基配對,從而使得多個納米顆粒聚集，形成不同大小的三維結構；然後改變溶液的pH值，由於1-motif結構和DNA四面體結構的構型、大小都會受到pH變化的影響，因此可以通過改變pH值來改變該三維納米結構中納米顆粒之間的距離。
【文檔編號】B22F1/00GK104399969SQ201410661202
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】何丹農, 王萍, 夏智偉 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司