Dna引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法

2023-10-08 22:20:59

專利名稱：Dna引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法
技術領域：
本發明屬於用化學自組裝方法製造功能器件的技術領域，具體地說是涉及一種利用DNA調控納米粒子組裝形成規則導線的製備方法。
背景技術：
DNA不僅是生命遺傳的最基本物質，其本身所具有的獨特分子結構和特性也已引起了材料和信息科學研究領域的注意。DNA的二級結構在納米水平上實現自組裝(DNA雙螺旋結構直徑為2nm，螺距為3.4nm)，而且易於人工控制與設計(組成核酸分子的元素僅有四種核苷酸)。通過DNA之間或DNA與其它構築單元之間的協同相互作用，結合分子識別與自組裝特性，研製功能化的分子組裝體日益成為納米材料研發的焦點。
Seeman等利用鹼基互補配對分子識別的性質，設計出了四臂分支的交叉點(branchedjunction)，並以此為構築單元得到了更加複雜的DNA網狀結構。他們還以DNA雙交叉分子(DX，double-crossover molecules)，三交叉分子(TX)為構築單元，組裝出具有剛性結構的二維有序DNA晶體[1)Nadrian C.Seeman.At the Crossroads of Chemistry，Biology，and MaterialsStructural DNA Nanotechnology.Chemistry Biology10(2003)1151，2)Phiset Sa-Ardyen，Alexander V.Vologodskii，and Nadrian C.Seeman.TheFlexibility of DNA Double Crossover Molecules.J.Biophys 84(2003)3829]。但是，Seeman等的DNA組裝存在問題DNA組裝體的尺寸約在10nm，難以調控形成大尺度的有序組裝。
Munenori等在溶膠-凝膠法製備納米氧化矽的過程中，引入表面修飾的雙鏈DNA為模板，通過靜電作用引導納米顆粒在DNA上沉積。[Munenori Numata，Kazunori Sugiyasu，Teruaki Hasegawa，and Seiji Shinkai.Sol-Gel Reaction Using DNA as a TemplateAn Attempt Toward Transcription of DNA into Inorganic Materials.Angew.Chem.Int.Ed.2004(43)3279]。由於DNA與納米顆粒間為靜電相互作用，因此，其製備過程中難以調控顆粒沉積的有序多級結構的組裝，另一個問題是其DNA模板採用λ-DNA，故DNA骨架的結構難以精確控制，易形成多種DNA骨架結構。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法。
本發明的技術方案概述如下一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，由下述步驟組成(1)將體積比為1～600∶1的濃度為5nM～200nM的納米金屬顆粒的水溶液置於濃度為1μM～0.3mM的5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列溶液中，攪拌2～6小時，使所述納米金屬顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入二甲基亞碸或三氯乙基磷酸酯或三甲氧基巰丙基矽烷或三甲氧基氨丙基矽烷，使在溶液中的濃度為0.5～3.5mM，加入緩衝溶液NaCl-三羥甲基氨基甲烷-HCl或三羥甲基氨基甲烷-HCl或三羥甲基氨基甲烷-硼酸鈉或三羥甲基氨基甲烷-醋酸銨，使pH值為5～8，並加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+為30-70mM，所含Mg2+為0.5-1.0mM；或加入K+和Mg2+使溶液所含K+為30-70mM，所含Mg2+為0.5-1.0mM；(3)在3～25℃放置8～108h，即製成一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線。
所述步驟(1)中所述納米金屬顆粒的水溶液與所述5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列溶液的體積比為100～400∶1，所述5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列為SH-(CH2)n-Tm序列，所述T為胸腺嘧啶脫氧核苷酸，所述n為4～10，所述m為10～25，m最好是8-20，所述金屬為金或銀，所述顆粒的平均粒徑為10～20nm。
所述步驟(2)中加入二甲基亞碸或三氯乙基磷酸酯、三甲氧基巰丙基矽烷或三甲氧基氨丙基矽烷，使在溶液中的濃度為0.1～1.5mM。
所述步驟(3)所述放置時間為18～48h。
本發明納米金屬顆粒不限制製備方法，可以是檸檬酸法合成的，DNA序列可以是自動合成儀或採用氨基磷酸鹽法合成。
本發明的製備方法簡單，利用DNA的識別作用，引導納米粒子組裝成規則垂直型導線，並通過DNA序列和自組裝條件的選擇，調節垂直型導線的分支和主幹的垂直角度，以及分支間隔的距離。本發明製備的產品在DNA分子器件、DNA電路、DNA計算機等領域具有高度的需求。


圖1是本發明一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線，其主幹約30μm，與主幹垂直的相鄰分支為等間隔分布138.9nm的整數倍。
圖2是本發明一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線，其主幹長度約25μm，與主幹垂直的相鄰分支為等間隔分布。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發明作進一步的說明，但以下實施例並不限制序列中脫氧核苷酸的選擇。
實施例1一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，由下述步驟組成(1)將體積比為400∶1的濃度為200nM的平均粒徑為10納米的金顆粒的水溶液置於濃度為50μM的5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列SH-(CH2)6-T8溶液中(T為胸腺嘧啶脫氧核苷酸)，攪拌4小時，使納米金顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入二甲基亞碸，使二甲基亞碸在溶液中的濃度為1.5mM，加入NaCl-三羥甲基氨基甲烷-HCl緩衝溶液使pH值為6；並加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+的濃度為30mM，Mg2+濃度為1.0mM。(3)在20℃放置18h，即製成一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線。
實施例2一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，由下述步驟組成(1)將體積比為100∶1的濃度為5nM的平均粒徑為10納米的金顆粒的水溶液置於濃度為0.3mM的5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列SH-(CH2)4-T20溶液中，攪拌6小時，使納米金顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入三甲氧基巰丙基矽烷，使三甲氧基巰丙基矽烷在溶液中的濃度為3.5mM，加入三羥甲基氨基甲烷-硼酸鈉緩衝溶液使pH值為8；並加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+的濃度為70mM，Mg2+濃度為0.5mM。(3)在25℃放置8h，即製成一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線。
實施例3一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，由下述步驟組成(1)將體積比為600∶1的濃度為5mM的平均粒徑為10納米的銀顆粒的水溶液置於濃度為0.1mM的5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列SH-(CH2)10-T25溶液中，攪拌2小時，使納米銀顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入三氯乙基磷酸酯，使三氯乙基磷酸酯在溶液中的濃度為1.5mM，加入三羥甲基氨基甲烷-HCl緩衝溶液使pH值為6；並加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+的濃度為50mM，Mg2+濃度為0.8mM。(3)在20℃放置18h，即製成一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線。
實施例4一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，由下述步驟組成(1)將體積比為1∶1的濃度為100nM的平均粒徑為10納米的銀顆粒的水溶液置於濃度為1μM的5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列SH-(CH2)8-T10溶液中，攪拌4小時，使納米銀顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入三甲氧基氨丙基矽烷，使三甲氧基氨丙基矽烷在溶液中的濃度為0.1mM，加入醋酸銨緩衝溶液使pH值為6.5；並加入K+和Mg2+使溶液所含K+的濃度為70mM，Mg2+濃度為0.5mM。(3)在25℃放置48h，即製成-種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線。
權利要求
1.一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，其特徵是由下述步驟組成(1)將體積比為1～600∶1的濃度為5nM～200nM的納米金屬顆粒的水溶液置於濃度為1μM～0.3mM的5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列溶液中，攪拌2～6小時，使所述納米金屬顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入二甲基亞碸或三氯乙基磷酸酯或三甲氧基巰丙基矽烷或三甲氧基氨丙基矽烷，使在溶液中的濃度為0.5～3.5mM，加入緩衝溶液NaCl-三羥甲基氨基甲烷-HCl或三羥甲基氨基甲烷-HCl或三羥甲基氨基甲烷-硼酸鈉或三羥甲基氨基甲烷-醋酸銨，使pH值為5～8，並加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+為30-70mM，所含Mg2+為0.5-1.0mM；或加入K+和Mg2+使溶液所含K+為30-70mM，所含Mg2+為0.5-1.0mM；(3)在3～25℃放置8～108h，即製成一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線。
2.根據權利要求1所述的一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，其特徵是所述步驟(1)中所述納米金屬顆粒的水溶液與所述5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列溶液的體積比為100～400∶1，所述5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列為SH-(CH2)n-Tm序列，所述T為胸腺嘧啶脫氧核苷酸，所述n為4～10，所述m為10～25，所述金屬為金或銀，所述顆粒的平均粒徑為10～20nm。
3.根據權利要求2所述的一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，其特徵是所述m為8-20。
4.根據權利要求1所述的一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，其特徵是所述步驟(2)中加入二甲基亞碸或三氯乙基磷酸酯、三甲氧基巰丙基矽烷或三甲氧基氨丙基矽烷，使在溶液中的濃度為0.1～1.5mM。
5.根據權利要求1所述的一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，其特徵是所述步驟(3)所述放置時間為18～48h。
全文摘要
本發明公開了一種DNA引導納米顆粒組裝垂直型導線的製備方法，步驟為(1)將納米金屬顆粒的水溶液置於5』端巰基修飾的脫氧核糖核酸序列溶液中，攪拌，使納米金屬顆粒表面通過與巰基作用形成DNA修飾層；(2)加入二甲基亞碸或三氯乙基磷酸酯或三甲氧基巰丙基矽烷或三甲氧基氨丙基矽烷，加入緩衝溶液，並加入Na
文檔編號H01B13/00GK1994863SQ20061013051
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者李, 張金利, 張慧 申請人:天津大學