专利名称：Dna分子的微/纳米图形的构建方法
技术领域：
本发明涉及一种DNA分子的微/纳米图形的构建方法。
背景技术：
DNA分子是生物体内的一种重要遗传物质。它是由互补碱基形成的直 径大约2纳米的均一双螺旋分子，具有较为稳定的物理、化学特性。由于 DNA分子具有这些独特的性质，随着纳米科技的发展，人们认识到DNA分 子是一种前景广阔的优良纳米材料。利用DNA分子构建的纳米图形可以为 设计基于DNA分子的纳米器件提供良好的模板，比如说，可以用DNA分 子构建的图形为模板构建纳米导线和电路；可以用DNA分子构建的图形作 为纳米级的"反应室"，将一些生物、化学反应控制在各个"区间"进行反 应；同时，还有可能在这些纳米级的"反应室"内研究一些物质的"尺寸" 效应"。因此DNA分子构建的纳米图形受到了人们的高度重视。
目前已有的构建DNA分子图形的方法主要有三类(1)利用设计好的 带有单链DNA末端的DNA分子自组装形成DNA分子图形；(2)利用设计 好的单链DNA自组装形成DNA分子图形；(3)利用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,简称AFM)针尖直接操纵DNA分子形成预期的图形；(4) 禾U用分子梳(molecular combing )或改进的分子梳(modified molecular combing) 排布DNA分子形成图形。目前，前两种方法属于一类只能够对带有单链DNA 末端的DNA分子或设计好的单链DNA发挥作用，同时，这类方法构建的 DNA图形中不能够避免DNA分子的交叉现象。用第(3)种方法虽然可以 构建出比较复杂的DNA图形，但是效率非常低；用第(4)种方法往往只能构 建一些简单的DNA分子图形。因此，很有必要发展一种高效的且能够构建复杂DNA分子图形的方法。
本发明要解决的技术问题即是提供一种高效的DNA分子的微/纳米图形 的构建方法，其能够构建复杂的DNA分子图形。
本发明人经过诸多试验，惊奇地发现利用基底原子排布所起到的模板效 应，并结合流体对基底上吸附物如DNA分子的扰动，可最终使吸附物的排 布趋于有序化；换言之，吸附物的排布受到基底原子排布(晶格)的影响。 具体来说，本发明在高序热解石墨(HOPG)基底上，通过液体的扰动成功 地实现了 DNA分子的规则排布，形成了规则的微/纳米图形。
因此，本发明通过下列技术方案来解决上述问题 一种DNA分子的微/ 纳米图形的构建方法，其包括将DNA分子分散吸附于高序热解石墨基底上， 采用液体扰动使DNA分子规则排布成纳米和/或微米图形。
根据本发明，所说的"微湖米图形"或"纳米和域微米图形"是指单 个图案的两维尺寸大小在50nm 800nm之间的图形。
较佳地，所述的DNA分子规则排布的方向与基底原子排布的方向相基 本一致。
较佳地，所述的将DNA分子吸附于高序热解石墨基底上可以采用下列 步骤:将浓度不超过20ng/pl的DNA分子溶液滴在高序热解石墨基底表面上， 静置1 10分钟。由于DNA溶液浓度太浓，不易分散地吸附于基底上，而浓 度太低，虽便于分散，但DNA分子太少，形成的图案也较少，所以本发明 试验时DNA分子溶液浓度一般选在2-20ng^l;更佳的是选用浓度为10ng/pl 的DNA分子溶液，静置3 5分钟。
根据本发明，所述的液体扰动可以通过使滴有DNA分子溶液并静置后 的基底水平旋转来实现。为更好地避免溶液中的其它成分沉积于基底，而夹 杂于形成的DNA图案中，较佳地可先将静置后的DNA分子溶液(TE缓冲液，pH8.0)除去，再滴上不含杂质的水后使基底水平旋转。
根据本发明，所述的将溶液除去的方式可以采用吸耳球等产生气流的装 置将DNA溶液吹掉、用洁净的可吸水物件如滤纸将DNA溶液吸掉，或者 将基底置于离心机上快速旋转如2000转/分旋转5秒将液滴旋转出表面等。 这些方式可使DNA分子很好地分散在高序热解石墨基底表面。
根据本发明，所述的使基底水平旋转进行液体扰动可以采用离心机将基 底进行》600转/分，优选600~1400转/分的旋转3 10分钟来实现。
在本发明上述操作过程中，也可以利用AFM随时观察形成的DNA图 形，观察之前利用上述溶液除去的方式将基底上的液体除去，如果DNA图 形不是很规则，上述的液体扰动步骤可反复进行直至所需的规则图形形成。
根据本发明，所述的DNA分子为双链。
本发明可以高效地构建复杂的DNA分子的微/纳米图案，操作手段简单， 成本低廉；构成的DNA分子的纳米图案可以为设计基于DNA分子的纳米 器件和纳米层次的可控反应提供良好的模板。
图1为在操作过程的不同阶段的DNA分子的AFM成像图(扫描范围 460腿x 460nm);
图2为本发明一实施例得到的DNA图形(AFM观察，A图，扫描范围 800 nm x 800 nm)，并将其与HOPG的原子排布图像(扫描遂道显微镜图像) 作了对照(B图，扫描范围10nmxlOnm)。
图3为本发明另一实施例得到的DNA图形(扫描范围600 nm x 1000 nrn)。
图4为本发明又一实施例得到的DNA图形(扫描范围550 nm x 550 nm)。
具体实施例方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
下列实施例采用ADNA样品(上海华美生物有限公司)作为图形的构建方 法的标准样品。 实施例1
为演示变化过程和监测微/纳米图形形成的规则程度，本实施例分步进行 液体扰动。
首先将新剥离的HOPG[美国维易科(Veeco)精密仪器有限公司]粘在 离心机的转轴上，然后取10微升浓度为lOng"l的DNA溶液(TE缓冲液， pH 8.0)滴在基底HOPG表面中心位置处，静置3~5分钟后用吸耳球将DNA 溶液吹掉，用AFM观测显示DNA分子随机吸附于基底上，如图1的A所 示。接着取IO微升双蒸水滴在HOPG表面中心位置处，并起动离心机使其 在1200转/分条件下旋转，3分钟后将转速提高到2000转/分旋转5秒(S) 将水滴旋转掉，用AFM观测显示DNA分子一定程度上有序，如图1的B 所示；再次取IO微升双蒸水滴在HOPG表面中心位置处，重复进行上述离 心机的操作一次，用AFM观测显示DNA分子较前更有序排列，如图1的C 所示；在重复上述滴水扰动操作一次后，可得到如图2的A所示的规则、复 杂的DNA分子微/纳米(二维尺寸大小为50nm 800nm之间)图案(注此 图的成像位置与图1的A C并非同一位置)。参照图2的B所示的HOPG 的原子排布图像(扫描遂道显微镜图像)，可以看出DNA分子的排布方向与 HOPG的原子排布(白色箭头表示原子排布方向) 一致。
实施例2
取100微升浓度为2ng/pl的DNA溶液滴在基底HOPG表面中心位置处， 静置10分钟后用滤纸将DNA溶液吸掉。接着取100微升双蒸水滴在HOPG 表面中心位置处，并起动离心机使其在600转/分条件下旋转，10分钟后将 转速提高到2000转/分旋转5s将水滴旋转掉可得到如图3所示的规则、复杂
6的DNA分子微/纳米(尺寸大小为50nm 800nm之间)图案。 实施例3取5微升浓度为20ng 1的DNA溶液滴在基底HOPG表面中心位置处， 静置1分钟后起动离心机使其在1400转/分条件下旋转，3分钟后将转速提 高到2000转/分将水滴旋转掉，可得到如图4所示的规则、复杂的DNA分 子微/纳米(尺寸大小为50nm 800nm之间)图案。
权利要求
1、一种DNA分子的微/纳米图形的构建方法，其包括将DNA分子分散吸附于高序热解石墨基底上，采用液体扰动使DNA分子规则排布成纳米和/或微米图形。
2、 如权利要求1所述的构建方法，其特征在于所述的DNA分子规则排 布的方向与基底原子排布的方向相基本一致。
3、 如权利要求1所述的构建方法，其特征在于所述的将DNA分子分散 吸附于高序热解石墨基底上包括下列步骤将浓度为2 20ng4d的DNA分 子溶液滴在高序热解石墨基底表面上，静置1 10分钟。
4、 如权利要求3所述的构建方法，其特征在于所述的DNA分子溶液浓 度为lOng/pl,静置时间为3~5分钟。
5、 如权利要求3所述的构建方法，其特征在于所述的液体扰动包括使 滴有DNA分子溶液并静置后的基底水平旋转。
6、 如权利要求3所述的构建方法，其特征在于所述的液态扰动包括在 静置后先将溶液除去，再滴上水后使基底水平旋转。
7、 如权利要求6所述的构建方法，其特征在于所述的将溶液除去的方 式可选用吸耳球将DNA溶液吹掉、用滤纸将DNA溶液吸掉，或将基底置 于离心机上快速旋转将液滴旋转出表面。
8、 如权利要求7所述的构建方法，其特征在于所述的将液滴旋转出表 面的离心机的速度为2000转/分，时间为5秒。
9、 如权利要求5 8任一项所述的构建方法，其特征在于所述的使基底 水平旋转是采用离心机将基底进行600~1400转/分的旋转3 10分钟。
10、 如权利要求1所述的构建方法，其特征在于本发明所述的DNA分 子为双链。
全文摘要
本发明公开了一种DNA分子的微/纳米图形的构建方法，其包括将DNA分子分散吸附于高序热解石墨基底上，采用液体扰动使DNA分子规则排布成纳米或微米图形。本发明可以高效地构建复杂的DNA分子的微/纳米图案，操作手段简单，成本低廉；构成的DNA分子的纳米图案可以为设计基于DNA分子的纳米器件和纳米层次的可控反应提供良好的模板。
文档编号C12N15/00GK101323851SQ20071004186
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月12日 优先权日2007年6月12日
发明者孙洁林, 益 张, 鹏 王, 王化斌, 钧 胡 申请人:中国科学院上海应用物理研究所