专利名称：一种利用dna为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米材料技术领域，特别是涉及一种基于大肠杆菌基因组DNA为 模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法。
背景技术：
具有白钨矿结构(正方晶系)的BaWO^e0体是一种很有发展前景的拉曼激光晶体，具有有趣的光致发光、热致发光和受激拉曼散射(SRS)等特性，在光电、医学和光谱学等领 域中具有重要的应用价值。1999年，俄罗斯的Basiev等人测量了钨酸盐和其它种类晶体 的拉曼光谱后发现，BaffO4晶体的拉曼光谱具有较大的拉曼散射截面和拉曼散射强度，所以 BaffO4晶体无论在纳秒脉冲或皮秒脉冲激光作用下都具有较大的拉曼增益，指出BaWO4晶体 是一种很有发展前景的拉曼晶体。BaWOJt为一种优良的拉曼晶体，具有较宽的透过波段， 较高的拉曼谱线的积分强度和峰值强度，这种晶体不潮解，热机械性能好。BaWO4晶体的这 些特点使其在拉曼激光器的应用中具有较强的竞争优势，成为近年来国内外研究的热点。由于纳米材料的性能不但与粒子的大小有关，还和其形貌密切相关。因此，探索 新的制备方法，合成具有不同形貌的BaWO4纳米材料具有重要的理论意义和潜在的应用 价值。目前，制备BaWO4纳米材料的方法主要有固相法和液相法固相法包括球磨法，固 相反应法等，液相法包括聚合物配合法和反胶束微乳液法等。Qian研究小组(J. Cryst. Growth. 2002，235，283-286)用水热合成法在不同的表面活性剂(C17H33C00K、C19H39COOK和 C25H51COOK)存在下分别得到了橄榄状、片状和晶须状BaWO4纳米粒子。这种方法的缺点是 需要较高的温度以及复杂的设备，并且反应工艺复杂。Qi等(J.Am.Chem. Soc. 2003，125， 3450-3451)用十一酸、癸胺和聚乙二醇-聚甲基丙烯酸嵌段共聚物混合体系制得了羽毛状 BaWO4等纳米结构。这种方法的缺点是反应工艺复杂，成本高，这在一定程度上妨碍了 BaWO4 的应用。
发明内容
针对现有制备纳米BaWO4工艺存在的上述不足，本发明提供一种利用大肠杆菌基 因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法，该方法利用DNA变性的重要性质，即加热 处理双链DNA，使DNA变性成为单链来制备钨酸钡纳米双线阵列。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是直接以自然界存在的生物纳米结 构大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列，分别将Ba(NO3)2和Na2WO4溶液加 入到大肠杆菌基因组DNA溶液中，经过摇床振荡孵育一定的时间，然后将整个体系放置于 一定温度下加热一定的时间，最终可以制备出以大肠杆菌基因组DNA为模板的钨酸钡纳米 双线阵列。该制备工艺主要包括如下步骤(1)取5 IOmM的Ba (NO3) 2溶液100 200 μ 1加入到大肠杆菌基因组DNA溶液 中，混合均勻，然后在4 6°C，80 90转/分摇床振荡孵育48 72h。
(2)向上述溶液中加入5 IOmM的NaJO4溶液100 200 μ 1，混勻后，于4 6°C， 80 90转/分摇床振荡孵育48 72h。(3)然后将上述混合溶液放置于80 85°C的恒温金属浴中加热6 8h，可以得到 以大肠杆菌基因组DNA为模板的钨酸钡纳米双线阵列。以大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法在上述步骤(1)中 所用的大肠杆菌基因组DNA溶液为100 200 μ 1，其浓度为1. 03 2. 10 μ g/μ 1，光密度 (OD)值为1.78 1.81，用前反复混勻，使DNA完全分散于去离子水中。本发明的有益效果是该方法的显著特征是直接以自然界存在的生物纳米结构大 肠杆菌基因组DNA为模板，并且利用DNA变性的重要性质，即加热处理双链DNA，使DNA变性 成为单链，来制备钨酸钡纳米双线阵列，工艺简单，成本低，反应能够在低温常压下进行，避 免了常规合成方法的复杂工艺。合成的钨酸钡形貌为纳米双线阵列，形貌规则，大小均勻， 为钨酸钡纳米双线阵列等新型纳米材料的制备提供了一个切实可行的发展思路。同时，钨 酸钡纳米双线阵列所显示出的优良的受激拉曼特性，也为今后开展钨酸钡纳米材料的应用 研究打下了良好的基础。
图1是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片；图2是实施例2制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片；图3是实施例3制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片；图4是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的EDS图谱；图5是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的XRD图谱；图6是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的受激拉曼图谱。
具体实施例方式实施例1将100 μ 1浓度为1. (^yg/μ L，光密度(OD)值为1.78的大肠杆菌基因组DNA溶 液充分混勻，使DNA完全分散于去离子水中。然后向上述大肠杆菌基因组DNA溶液中加入 5mM的Ba(NO3)2溶液100 μ 1，充分混勻后，于4°C，80转/分摇床上震荡孵育48h。向上述 混合溶液中加入5mM的Na2WO4溶液100 μ 1，混合均勻。于4°C，80转/分摇床上震荡孵育 48h。最后将上述混合溶液放置于80°C恒温金属浴中加热8h。实施例2将100 μ 1浓度为2. 10 μ g/μ L，光密度(OD)值为1.81的大肠杆菌基因组DNA溶 液充分混勻，使DNA完全分散于去离子水中。然后向上述大肠杆菌基因组DNA溶液中加入 IOmM的Ba (NO3)2溶液100 μ 1，充分混勻后，于5°C，85转/分摇床上震荡孵育60h。向上述 混合溶液中加入IOmM的Na2WO4溶液100 μ 1，混合均勻。于5°C，85转/分摇床上震荡孵育 60h。最后将上述混合溶液放置于80°C恒温金属浴中加热7h。实施例3将200 μ 1浓度为1. 60 μ g/ μ L，光密度(OD)值为1. 79的大肠杆菌基因组DNA溶 液充分混勻，使DNA完全分散于去离子水中。然后向上述大肠杆菌基因组DNA溶液中加入5mM的Ba(NO3)2溶液200 μ 1，充分混勻后，于6°C，90转/分摇床上震荡孵育72h。向上述 混合溶液中加入5mM的Na2WO4溶液200 μ 1，混合均勻。于6°C，90转/分摇床上震荡孵育 72h。最后将上述混合溶液放置于85°C恒温金属浴中加热6h。图1是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片，从图中可以看出，制 备出的钨酸钡是良好的纳米双线阵列形貌，由于该样品没有经过负染而是直接在透射电子 显微镜下检测，故可以证明钨酸钡纳米粒子与DNA链很好的结合，并且显示出了外缘黑，中 间透明的双线阵列。制得的钨酸钡纳米双线阵列的外径宽约12 19nm，内径约6 10nm。 显示出该制备方法合成的钨酸钡纳米双线阵列形貌较规则，大小较均勻，可以实现可控生 长。图2是实施例2制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片，从图中可以看出，由 于钨酸钡浓度的增加，同核生长的速度要大于异核生长的速度，所以钨酸钡粒子在DNA链 上的沉积不是非常均勻，但依旧可以生成纳米双线阵列。因此，可以通过控制反应物的浓度 来制备形貌规则的钨酸钡纳米双线阵列。图3是实施例3制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片，从图中可以明显看 出钨酸钡纳米双线阵列形貌。由于温度的相应升高，使得DNA双链解开的宽度较宽，故制得 的钨酸钡纳米双线阵列的外径较宽，但制得的钨酸钡纳米双线阵列依旧形貌较规则。因此， 可以通过控制加热温度来制得一定宽度的钨酸钡纳米双线阵列，使得利用大肠杆菌基因组 DNA分子作为合成钨酸钡纳米双线阵列的模板构筑纳米器件成为可能。图4是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的EDS图谱。从图谱中可以看到，我 们制备得到的钨酸钡纳米双线阵列由W、Ba和O元素组成，图中C和Cu峰是由于用铜网做 基底所致，P峰来自DNA，Na峰来自Na2WO4,故无其它杂质成分，由此可知，样品是纯度很高 的钨酸钡。图5是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的XRD图谱。将XRD图谱与标准卡 片对照得知，我们制得的钨酸钡为四方白钨矿结构，计算出的晶胞参数为a = 5. 562 A, C = 12. 701 Α。在2 θ =21.3°处的峰来自DNA，没有杂质峰存在。因此，该方法制备的钨酸钡
晶体结晶良好，纯度较高。图6是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的受激拉曼图谱。从所测结果看，以大肠杆菌基因组DNA为模板制备的钨酸钡纳米双线阵列为四方结构。925、831、795和333CHT1 处的峰值取决于不同的震动模式，分别对应于υ 1 (Ag)、υ 3 (Bg)、υ 3 (Eg)和u 2 (Bg)。在 924cm—1处强度最高，表明产物的SRS增益系数较高。在1122cm—1处的峰值来源于DNA.。拉 曼图谱进一步证明以大肠杆菌基因组DNA为模板制备的钨酸钡纳米双线阵列具有良好的 受激拉曼性能，有望在光，电和催化活性的纳米器件领域中具有更为广泛的实用价值。
权利要求
一种利用大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法，其特征是所述方法包括以下步骤(1)取5～10mM的Ba(NO3)2溶液100～200μl加入到大肠杆菌基因组DNA溶液中，混合均匀，然后在4～6℃，80～90转/分摇床振荡孵育48～72h；(2)向上述溶液中加入5～10mM的Na2WO4溶液100～200μl，混匀后，于4～6℃，80～90转/分摇床振荡孵育48～72h；(3)然后将上述混合溶液放置于80～85℃的恒温金属浴中加热6～8h，可以得到以大肠杆菌基因组DNA为模板的钨酸钡纳米双线阵列。
2.根据权利要求1所述的一种利用大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵 列的方法，其特征在于，在步骤(1)中所用的大肠杆菌基因组DNA溶液为100 200μ1，其 浓度为1.03 2. 10 μ g/μ 1，光密度(OD)值为1.78 1.81，用前反复混勻，使DNA完全分 散于去离子水中。
全文摘要
本发明公开了一种利用大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法，属于纳米材料技术领域。该方法将硝酸钡溶液加入到大肠杆菌基因组DNA溶液中，混匀后，在4～6℃，80～90转/分的条件下，振荡孵育48～72h，然后加入钨酸钠溶液，在4～6℃，80～90转/分的条件下，振荡孵育48～72h。将上述混合溶液在80～85℃条件下加热6～8h，可以得到以大肠杆菌基因组DNA为模板的钨酸钡纳米双线阵列。本发明既避免了常规方法复杂的制备工艺，又能在低温常压等温和的条件下完成，工艺简单，成本低，反应易于控制，使利用大肠杆菌基因组DNA作为合成钨酸钡纳米双线阵列的模板构筑纳米器件成为可能。
文档编号C01G41/00GK101805022SQ20101016117
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者侯莉, 李娜, 高发明 申请人:燕山大学